FERNANDA SCHULTHAIS
ALTERAÇÕES NOS TEORES E TAXAS DE SUBSTITUIÇÃO DO CARBONO DE FRAÇÕES DA MATÉRIA ORGÂNICA EM SOLOS CULTIVADOS COM EUCALIPTO
Dissertação apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Solos e Nutrição de Plantas, para obtenção do título de Magister Scientiae.
VIÇOSA MINAS GERAIS – BRASIL 2009
FERNANDA SCHULTHAIS
ALTERAÇÕES NOS TEORES E TAXAS DE SUBSTITUIÇÃO DO CARBONO DE FRAÇÕES DA MATÉRIA ORGÂNICA EM SOLOS CULTIVADOS COM EUCALIPTO
Dissertação apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Solos e Nutrição de Plantas, para obtenção do título de Magister Scientiae.
APROVADA: 28 de julho de 2009
Prof. Ivo Ribeiro da Silva (Co-Orientador)
Prof. Naíram Félix de Barros (Co-Orientador)
Prof. Júlio César Lima Neves
Pesq. Fernando Palha Leite
Prof. Roberto Ferreira de Novais (Orientador)
À minha mãe, pelo exemplo de vida e que sempre acreditou e me deu exemplos de que os sonhos e projetos não devem ser apenas sonhados e sim vividos a partir do nosso próprio esforço.
Com amor dedico.
ii
AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus pelo presente da vida e pelas pessoas que foram colocadas em meu caminho. Aos meus pais Waldemiro e Madalena, pelo amor, carinho e apoio oferecidos. Aos meus irmãos Ademilson e Alesandra, e à minha irmã de coração Marcela que sempre acreditaram em mim e que estiveram presentes sempre. Ao Fabrício pelo sorriso e toque especial de alegria de cada dia. À minha pequena e querida sobrinha que está a caminho, pela alegria que ela tem nos proporcionado. Aos meus amigos que souberam compartilhar as alegrias e as dificuldades que a vida acadêmica traz. Àqueles amigos que mesmo distante se fizeram presentes. Pelos erros e acertos que me fizeram crescer. À Universidade Federal de Viçosa e ao Departamento de Solos pelas oportunidades que recebi. À CAPES e ao programa NUTREE pela bolsa de estudos concedida e pelo apoio financeiro para pesquisa. Ao professor Roberto Ferreira de Novais pela orientação exemplar e constante, e exemplo profissional. Ao professor Ivo Ribeiro da Silva pela orientação, colaboração e sugestões para o desenvolvimento da dissertação e incentivo desde o período de graduação. Aos funcionários e amigos do Laboratório de Isótopos Estáveis e de Solos Florestais: João Milagres, Marilise, Carol, Diogo, Ivan, Robert, Lucas, Gelton, Felipe, Vitor, Laísa, Dener, Daniel, Itamar, Beto, Sr. Cardoso, com quem pude aprender muito. À Carol pela nossa amizade. À Marilise que contribuiu muito para a realização das análises feitas. Enfim, a todas as pessoas que acreditaram em mim.
Muito Obrigada!!! iii
BIOGRAFIA Fernanda Schulthais, filha de Waldemiro Francisco Schulthais e Madalena Peroni Schulthais, nasceu em 27 de Dezembro de 1984 no Município de Colatina, Espírito Santo. Em 2002, concluiu o ensino médio no Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo, Unidade de Ensino Descentralizada de Colatina. Em 2003, iniciou o curso de Engenharia Florestal, na Universidade Federal de Viçosa, sendo o mesmo concluído em Julho de 2007. Em Agosto de 2007, ingressou no Programa de Mestrado em Solos e Nutrição de Plantas, na Universidade Federal de Viçosa, submetendo-se à defesa em Julho de 2009.
iv
SUMÁRIO
Página RESUMO .......................................................................................................
vi
ABSTRACT ...................................................................................................
viii
INTRODUÇÃO .............................................................................................
1
MATERIAL E MÉTODOS .........................................................................
4
Descrição da área de estudo, coleta e preparo das amostras ...............
4
Fracionamento físico da MOS ............................................................
8
Abundância natural de 13C ..................................................................
8
Estatística ............................................................................................
9
RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................
10
Teores de C orgânico (CO) no solo ....................................................
10
Contribuição do carbono da matéria orgânica partícula (MOP) e da matéria orgânica associada aos minerais (MAM) para o carbono do
13
solo ...................................................................................................... Abundância natural de 13C ..................................................................
17
CONCLUSÕES .............................................................................................
22
LITERATURA CITADA .............................................................................
23
v
RESUMO SCHULTHAIS, Fernanda, M. Sc., Universidade Federal de Viçosa, Julho de 2009. Alterações nos teores e taxas de substituição do carbono de frações da matéria orgânica em solos cultivados com eucalipto. Orientador: Roberto Ferreira Novais. Co-Orientadores: Ivo Ribeiro da Silva e Nairam Félix de Barros. A literatura apresenta muita controvérsia no que se refere ao aumento e, ou, diminuição dos estoques de C orgânico no solo ou de suas frações devido à implantação de espécies florestais. Nesse contexto, os métodos físicos de separação da matéria orgânica do solo (MOS), aliados à técnica de composição isotópica do C permitem o entendimento da alteração que o C sofre no solo e nos diferentes compartimentos da MOS, tais como a avaliação e quantificação das possíveis entradas de C por meio da cultura implantada e, também, das perdas que o novo cultivo causa ao C do solo oriundo da cultura anterior. Tudo isso é facilitado quando ocorre a substituição de vegetação C3 por C4 ou o contrário, visto que o metabolismo dessas plantas apresenta discriminação diferenciada do
13
C, diferença que também
ocorre no solo quando esses resíduos são nele aportados. Assim, o objetivo desse trabalho foi determinar as mudanças do C nas frações da MO em solos cultivados com eucalipto. Foram coletadas amostras em solos com eucalipto, pastagem e mata nativa nas camadas de 0-10, 10-20, 20-40, 40-60, 60-80 e 80-100 cm em quatro repetições. Os usos selecionados foram: mata nativa (MN), eucalipto na 5ª rotação (Euc. 5R), eucalipto na 1ª rotação aos cinco anos (Euc. 1R5A) e pastagem adjacente (Past. 1R5A) e também eucalipto na 1ª rotação aos dois anos (Euc. 1R2A) e pastagem adjacente (Past. 1R2A). As amostras coletadas foram submetidas a um fracionamento físico, dando origem a duas frações distintas: matéria orgânica particulada (MOP) e matéria orgânica associada aos minerais (MAM). Essas frações tiveram o C e a abundância natural de 13C analisados em espectrômetro de massas de razão isotópica de fluxo contínuo. Os dados foram analisados considerando-se um delineamento de amostragem, e, à partir das quatro repetições, foram obtidas as médias e os respectivos erros-padrão, para cada camada dos solos nos diferentes usos. Os teores de C foram, de modo geral, maiores nos solos sob a mata nativa, embora em algumas comparações esses valores tenham sido próximos daqueles sob o eucalipto e pastagem. Os teores de C do solo do Euc. 5R (Eucalipto na 5ª rotação) e Euc. 1R5A (Eucalipto 1ª rotação aos cinco anos de idade) foram menores que
vi
aqueles sob a MN (Mata nativa), enquanto para o solo sob o Euc. 1R2A (Eucalipto 1ª rotação aos dois anos de idade), esses teores foram semelhantes ou maiores para as primeiras camadas amostradas. Dentre os usos do solo amostrados, a MN e o Euc. 5R apresentaram os maiores teores de C na MOP. Os solos com o Euc. 1R5A, Euc. 1R2A e Past. 1R5A foram aqueles que apresentaram os maiores decréscimos dos teores de C nessa fração quando comparados à MN. A alteração do uso do solo acarretou aumentos expressivos nos teores de C da MAM em relação à MN, principalmente nas áreas sob o Euc. 1R5A, Euc. 1R2A, Past. 1R5A e Past. 1R2A. A abundância natural do 13C possibilitou o cálculo da taxa de ciclagem de ciclagem das frações MOP e MAM que foram de, aproximadamente, 8,33 e 0,5 % ao ano, respectivamente, indicando a maior sensibilidade da MOP às alterações de uso do solo.
vii
ABSTRACT SCHULTHAIS, Fernanda, M. Sc., Universidade Federal de Viçosa, July, 2009. Alteration in contents and rates of Carbon substitution of organic matter fractions in eucalyptus soil. Adviser: Roberto Ferreira Novais. Co-advisers: Ivo Ribeiro da Silva and Nairam Félix de Barros. The literature presents a great deal of controversy regarding increase and/or reduction of organic C supply in soil or of its fractions as a result of implantation of forest species. In this context, the physical methods for separation of soil organic matter (SOM), associated with the isotopic composition of C, allow the understanding of C alteration in soil and also in the different compartments of SOM, such as evaluation and quantification of possible entries of C through implanted culture and, in addition, the losses that the new cultivation brings about C derived from the former culture. This is facilitated when there is a vegetation substitution of C3 for C4, or the contrary, seeing that these plant metabolism presents differences of 13
C, which in turn, affects the soil when this residue in left on the soil. Thus, the
purpose of this work was to determine the C changes in fractions of organic matters in soils cultivated with eucalyptus. Samples of eucalyptus, pasture and native forest layers of 0-10, 10-20, 20-40, 40-60, 60-80 e 80-100 cm, in four repetitions, were collected. The selected uses were: native forest (NF), fifth rotation eucalyptus (Euc. 5R) eucalyptus in the first rotation at the age of five, (Euc. 1R5A) and adjacent pasture (Past. 1R5A) and also first rotation eucalyptus at the age of two (Euc. 1R2A) and adjacent pasture (Past. 1R2A) The collected samples were submitted to physical fractionation divided into two distinct fractions: particulate organic matter (POM) and mineral-associated organic matter (MAM). These fractions had their C and natural abundance of 13C analyzed by using a mass spectrometer (Continuous Flow Isotope Ratio MS). The data were analyzed considering a sampling design, and from these four repetitions, the average and respective standard errors were obtained for each of the soil layers and their different use. The contents were, in a general way, higher in NF, although, in some comparisons, these values were close to the ones under eucalyptus and pasture. The C contents of Euc. 5R and Euc. 1R5A were not as high as the ones under NF, while in the soil under Euc. 1R2A, these contents were similar or higher for the first collected layers. Among the uses of collected soil, NF and Euc. 5R presented the highest values of C for POM. The soils with Euc. 1R5A,
viii
Euc. 1R2A and Past. 1R5A presented the highest decrease, of C content in this fraction when compared to NF. The alteration of soil use resulted in expressive increase in C content of MAM in relation to NF, especially in areas under Euc. 1R5A, Euc. 1R2A, Past. 1R5A e Past. 1R2A. The natural abundance of 13C allowed the cycling rate measurement of POM and MAM fraction cyclings which were nearly, 8,33 e 0,5 % per year, respectively, indicating a greater sensibility of POM to the alterations in the soil use.
ix
INTRODUÇÃO A conciliação dos interesses conservacionistas com o uso dos solos florestais tem levado ao estudo e aprimoramento de técnicas de manejo que promovam a conservação dos solos (Bayer et al., 2006). Neste contexto, a matéria orgânica do solo (MOS) é um componente chave para o estudo da dinâmica do C no solo (Lal, 2004), por atuar como fonte ou dreno do CO2 atmosférico, de acordo com o uso e, ou, manejo ao qual o solo é submetido (Diekow et al., 2005). A MOS é constituída de compartimentos que se diferenciam pela composição bioquímica, estabilidade e meia-vida (Stevenson, 1994). Sua entrada no solo está relacionada, principalmente, com o aporte de resíduos da parte aérea e das raízes das plantas, liberação de exsudatos radiculares, lavagem de constituintes solúveis da planta pela água da chuva e transformação desses materiais pelos macro e microrganismos do solo (Silva & Mendonça, 2007). A literatura apresenta controvérsias no que se refere ao aumento e, ou, diminuição dos estoques de C orgânico no solo ou das suas frações devido à implantação florestal. Estudos mostram que essas alterações dependem de características do solo e do manejo ao qual este é submetido, das espécies ou clones e das características edafoclimáticas da região. Smith (2004) mostrou que a adoção de práticas de manejo inadequadas pode levar a taxas de liberação de C muito maiores do que aquelas de incorporação deste ao solo. Zinn et al. (2002) detectaram decréscimo nos estoques de C em plantios de pinus e de eucalipto em áreas de solos arenosos, todavia, não encontraram alteração nos estoques de C em plantios de eucalipto em áreas de solos argilosos.Nas áreas estudadas por esses autores, o eucalipto e o pinus estavam aos 7 e 20 de cultivo, respectivamente. A conversão de resíduos em MOS, nesses casos, pode não ser muito eficiente e, ou, os processos que favorecem sua degradação podem ser acelerados, ao contrário do que ocorre em áreas de pastagens bem manejadas, onde há aumento nos teores de MOS (Koutika et al., 1999; Cerri et al., 2003). Estudos têm mostrado a obtenção de diferentes frações de C no solo por meio da utilização de métodos de fracionamento físico, baseados na separação por tamanho de partículas e posteriores análises químicas destas frações (Solomon et al., 2000). O uso desses métodos vem se intensificando e é justificado pela minimização de alterações químicas que ocorrem no material orgânico, quando a separação física 1
é utilizada em detrimento à separação química. Associada a essa separação física, as análises de composição isotópica do C, ou seja, os deltas de
13
C (δ13C), têm
possibilitado o avanço em estudos ligados à dinâmica da MOS e de suas frações, à sua ciclagem e ao entendimento das consequências da substituição da vegetação natural por outra espécie vegetal (Shang & Tiessen, 2000). Esse fato ocorre porque plantas com metabolismo C3 e C4 apresentam discriminação diferenciada do
13
C
(Taiz & Zaiger, 2004), diferença que também ocorre no solo quando esses resíduos são aportados (Balesdent & Mariotti, 1993). As plantas com metabolismo C4 apresentam δ13C menos negativos (-9 à -17 %o) por discriminarem menos este elemento, enquanto para as plantas com metabolismo C3, esses valores são mais negativos (-20 à -34 %o), dada a maior discriminação nestas espécies (Smith & Epstein, 1971). Esses valores de δ13C são dados em relação ao padrão PDB (Bernoux et al. (1998). Uma fração da MOS que vem sendo bastante estudada é a matéria orgânica particulada (MOP), um compartimento da MOS preferencialmente mineralizado quando o solo passa a ser cultivado intensivamente (Hussain et al., 1999; Chan, 2001; Solomon et al., 2002), compondo assim um indicador mais sensível de alterações causadas pelo uso e práticas de manejo do solo, quando comparado a alterações no COT. Besnard et al. (1996) mostraram que após 7 e 35 anos de cultivo do milho, o solo apresentou decréscimo na MOP de 11 e 68 %, respectivamente, sendo que estas perdas foram maiores na MOP-livre, ou seja, naquela MOP que não ocorre nos agregados estáveis do solo. Foi possível perceber também que, com o cultivo do milho, o δ13C da MOP aumentou, e este aumento se deu de forma diferenciada nas diferentes frações da MOP, indicando a incorporação dos resíduos do milho à MOS. A substituição da floresta natural pelo cultivo sucessivo de milho na Etiópia levou à diminuição de 55 e 63 % do COT em áreas cultivadas por 25 e 30 anos, respectivamente (Solomon et al., 2002). A maior parte destas perdas ocorreu na MOP, mostrando que o C associado a esta fração é um componente muito lábil da MOS. Resultados semelhantes foram encontrados por Koutika et al. (1999), que ao avaliarem a substituição da floresta natural por pastagens encontraram maior perda do C ligado à fração areia. Decorridos 12 e 20 anos da substituição do Cerrado por pastagem ou pinus, respectivamente, Wilcke & Lilienfeein (2004) observaram que aproximadamente 30 2
% da MOS era derivada da cultura introduzida, o que indica que a substituição do C nas áreas de pastagens tem ocorrido de maneira mais rápida que nos solos sob pinus. As alterações no δ13C mostraram, no solo sob pinus, maior aporte de C na camada de 1,2 a 2,0 m de profundidade, consequência provável da maior presença do sistema radicular das árvores de pinus em profundidade. Em estudos conduzidos no Hawai, Binkley et al. (2004) mostraram que após oito anos da substituição de cana-de-açúcar por eucalipto não ocorreram alterações nos estoques de C no solo. Todavia, esses autores mostraram, com base na abundância natural do 13C, aumentos significativos de C-C3 (derivado da cultura do eucalipto) sob uma taxa de 0,136 kg m-2 ano-1 e, perdas de C-C4 (derivado da canade-açúcar). Esses resultados estão de acordo com os de Lima et al. (2006) que mostraram que na região de Belo Oriente – MG (caracterizada pela baixa altitude, elevada temperatura, baixa produtividade florestal e solo argiloso), após 34 anos da substituição da pastagem pelo eucalipto, menos de 10 % do C do solo era derivado da pastagem. Em contrapartida, Bayer et al. (2004) mostraram que o acúmulo de C em solos sob SPD ocorre preferencialmente na MOP. Todavia, em períodos curtos de tempo, esse sistema de cultivo não tem efeito no estoques de C na MOS associada aos minerais (silte e argila) em Latossolos argilosos oxídicos, dada a ciclagem mais lenta desta fração. Estes resultados corroboram com aqueles encontrados por Solomon et al. (2002), que evidenciaram a importância dos argilominerais na estabilização da MOS em solos tropicais. Six et al. (1999) também mostraram que cerca de 50 % do C dos macroagregados encontram-se associados aos minerais do solo. Assim, o objetivo desse trabalho foi determinar as mudanças nos teores e a taxa de ciclagem do C nas frações da matéria orgânica de solos cultivados com eucalipto.
3
MATERIAL E MÉTODOS
Descrição da área de estudo, coleta e preparo das amostras O estudo foi conduzido em plantações comerciais de eucalipto localizadas na região litorânea, no município de Sooretama, ao norte do Espírito Santo. As coordenadas geográficas da região são: latitude de 19º 06’ Sul e longitude de 39º 45’ Oeste, com pluviosidade média de 1100 mm ano-1. O clima, pela classificação de Köppen, é Aw, tropical quente e úmido, com temperaturas médias anuais de 23,3 °C. A altitude média é de 50 m, e a cobertura vegetal é a Floresta Ombrófila Densa (Mata Atlântica) sobre um Argissolo Amarelo. Nessa região, eucalipto e pastagem foram plantados entre 1969 e 1970 após a retirada da mata nativa e queima dos resíduos na área. Parte dessas pastagens, geralmente utilizadas na pecuária extensiva, tem sido substituída pelo cultivo do eucalipto. Portanto, áreas com eucalipto contam com áreas adjacentes de pastagem e mata nativa. Para a avaliação da progressiva alteração dos teores de CO e da abundância natural do 13C, foram selecionados talhões de eucalipto com aproximadamente 10 ha que haviam sido implantados há dois e cinco anos em áreas de pastagem para amostragem do solo. Ao lado desses povoamentos de eucalipto foram coletadas amostras em áreas de pastagem remanescentes. Para efeito de comparação, também foram coletadas amostras de solo em uma mata nativa adjacente. Essa mata é praticamente a única na região e cobre uma área de mais de 10000 ha (Quadro 1). Foram coletadas quatro amostras compostas (de cinco sub-amostras), nas camadas de 0-10, 10-20, 20-40, 40-60, 60-80 e 80-100 cm de profundidade. As amostras de solo foram secadas ao ar, passadas em peneira com malha de 2 mm, e subamostras foram retiradas para a caracterização física (Quadro 2) e química (Quadro 3).
4
Quadro 1. Uso atual e histórico dos solos utilizados no estudo Uso atual
Símbolo
Histórico de uso
(identificação) Mata nativa
MN
Remanescente da mata nativa do tipo Floresta Ombrófila Densa, sem qualquer intervenção humana
Eucalipto 1ª rotação aos dois anos
Euc. 1R2A
de idade
Área onde a pastagem foi introduzida entre os anos de 1969 e 1970 após a derrubada da mata nativa e queima de resíduos na área e que no ano de 2005 foi introduzido o eucalipto que no período da coleta estava com 2 anos de idade
Pastagem adjacente ao Euc.1R2A
Past. 1R2A
Pastagem adjacente ao eucalipto 1ª rotação aos 2 anos de idade
Eucalipto 1ª rotação aos cinco
Euc. 1R5A
anos de idade
Área onde a pastagem foi introduzida entre os anos de 1969 e 1970 após a derrubada da mata nativa e queima de resíduos na área e no ano de 2002 foi introduzido o eucalipto que no período de coleta estava com 5 anos de idade
Pastagem adjacente ao Euc.1R5A
Past. 1R5A
Pastagem adjacente ao eucalipto 1ª rotação aos 5 anos de idade
Eucalipto na 5ª rotação
Euc. 5R
Área onde o eucalipto foi introduzido entre os anos de 1969 e 1970. Anteriormente ocupada por mata nativa que foi derrubada e queimados os resíduos na área para a implantação do eucalipto
5
Quadro 2. Caracterização física das amostras de solo utilizadas no estudo Uso do solo MN
Profundidade (cm) .......cm....... 0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
Teor de areia Teor de silte + argila .......g kg-1....... 917,5 (11,5) 82,5 (11,5) 917,5 (7,5) 82,5 (7,5) 855,0 (10,4) 145,0 (10,4) 785,0 (11,9) 215,0 (11,9) 745,0 (19,4) 255,0 (19,4) 707,5 (27,2) 292,5 (27,2)
Euc. 1R2A
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
840,0 (28,6) 843,3 (33,0) 826,7 (44,0) 793,3 (69,4) 763,3 (85,7) 703,3 (61,9)
160,0 (28,6) 156,7 (33,0) 173,3 (44,0) 169,2 (69,4) 195,8 (85,7) 289,2 (61,9)
Past. 1R2A
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
886,7 (17,0) 890,0 (29,4) 873,3 (47,3) 813,3 (80,2) 790,0 (81,5) 773,3 (79,2)
113,3 (17,0) 110,0 (29,4) 126,7 (47,3) 186,7 (80,2) 210,0 (81,5) 226,7 (79,2)
Euc. 1R5A
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
805,0 (9,6) 777,5 (2,5) 685,0 (15,0) 552,5 (8,5) 457,5 (8,5) 440,0 (9,1)
195,0 (9,6) 222,5 (2,5) 315,0 (15,0) 447,5 (8,5) 542,5 (8,5) 560,0 (9,1)
Past. 1R5A
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
732,5 (29,5) 727,5 (7,5) 660,0 (16,8) 545,0 (17,1) 490,0 (17,8) 492,5 (2,5)
267,5 (29,5) 272,5 (7,5) 340,0 (16,8) 455,0 (17,1) 510,0 (17,8) 507,5 (2,5)
Euc. 5R
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
830,0 (18,3) 815,0 (19,4) 752,5 (29,8) 655,0 (37,7) 615,0 (20,2) 610,0 (28,9)
170,0 (18,3) 185,0 (19,4) 247,5 (29,8) 345,0 (37,7) 385,0 (20,2) 390,0 (28,9)
Valores entre parênteses referem-se ao erro padrão da média (n=4). Mata nativa (MN), eucalipto 1ª rotação com dois anos de idade (Euc. 1R2A) e pastagem adjacente (Past. 1R2A), eucalipto 1ª rotação com cinco anos de idade (Euc. 1R5A) e pastagem adjacente (Past. 1R5A), e eucalipto 5ª rotação (Euc. 5R).
6
Quadro 3. Caracterização química das amostras de solo utilizadas no estudo Uso do solo
Prof
pH
...cm... 0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
5,20 5,13 4,78 4,71 4,66 4,70
Euc. 1R2A
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
4,85 4,79 4,77 4,86 4,89 4,57
22,4 18,8 5,5 2,1 1,1 6,7
Past. 1R2A
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
5,02 4,90 4,79 4,60 4,68 4,61
Euc. 1R5A
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
Past. 1R5A
Euc. 5R
MN
P
K
Ca2+
Mg2+
Al3+
CTC CTC efetiva total ..........................cmolc dm-3.......................... 2,31 1,03 0,02 2,4 3,46 5,84 1,41 0,87 0,05 2,9 2,39 5,22 0,81 0,80 0,31 3,3 1,96 4,95 0,57 0,77 0,40 3,6 1,77 4,92 0,49 0,75 0,59 3,4 1,85 4,69 0,39 0,74 0,61 3,5 1,76 4,67
mg L-1 59,9 58,2 51,1 46,9 40,0 35,6
31,0 25,0 15,0 12,5 11,0 18,3
2,17 1,59 0,87 0,51 0,43 0,47
1,35 0,98 0,80 0,74 0,72 0,85
0,21 0,40 0,26 0,12 0,17 2,09
6,8 6,1 4,0 3,1 2,8 17,9
3,81 3,04 1,96 1,40 1,34 3,45
10,40 8,76 5,73 4,38 3,92 19,28
52,7 51,1 49,4 45,1 41,2 27,5
30,0 16,1 10,0 3,5 1,9 4,1
82,3 52,7 32,0 14,0 15,3 19,3
3,24 2,23 1,29 0,60 0,44 0,54
1,72 1,20 0,88 0,72 0,71 0,74
0,09 0,09 0,12 0,91 0,75 1,13
5,6 4,7 3,6 6,0 6,9 9,7
5,27 3,66 2,38 2,27 1,94 2,46
10,81 8,30 5,82 7,36 8,12 11,03
58,6 59,1 55,1 44,2 38,3 40,5
4,45 4,79 4,93 5,03 5,12 5,04
0,5 3,4 2,5 1,5 0,6 0,7
6,8 45,3 26,8 18,5 22,5 27,5
1,14 1,23 1,43 1,51 1,33 0,99
1,13 1,01 0,93 0,90 0,92 0,90
0,14 0,19 0,02 0,05 0,09 0,21
3,5 2,7 2,2 1,9 2,1 2,9
2,52 2,50 2,42 2,51 2,40 2,15
5,88 4,98 4,58 4,37 4,41 4,84
52,1 53,2 52,2 44,6 40,9 39,8
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
5,77 5,50 5,42 5,30 5,28 5,15
3,5 1,8 0,6 0,5 0,5 0,4
179,0 116,0 83,5 41,5 32,3 26,8
1,87 1,39 1,35 1,30 1,22 1,04
1,70 1,11 0,93 0,89 0,93 0,92
0,00 0,00 0,07 0,10 0,12 0,17
2,6 2,5 2,1 2,1 2,2 2,0
4,03 2,79 2,56 2,39 2,35 2,19
6,60 5,29 4,62 4,39 4,46 3,97
56,2 53,4 42,7 40,1 36,6 36,2
0-10 10-20 20-40 40-60 60-80 80-100
5,38 4,98 4,70 4,51 4,51 4,45
2,7 1,8 1,3 0,6 0,5 0,5
20,3 16,8 13,8 9,3 11,5 6,8
1,21 0,80 0,53 0,40 0,45 0,39
0,82 0,73 0,69 0,67 0,67 0,69
0,12 0,20 0,48 0,62 0,62 0,71
4,8 5,3 5,3 5,1 5,3 3,2
2,20 1,76 1,73 1,71 1,77 1,81
6,88 6,86 6,53 6,18 6,40 4,28
52,7 48,6 43,5 37,9 35,8 31,9
...mg dm-3... 4,3 37,8 2,9 23,0 2,2 19,8 1,5 13,8 0,8 8,5 0,9 5,3
H+Al
P-rem
pH em H2O – relação 1:2,5; P e K – Extrator Mehlich-1; Ca2+, Mg2+, e Al3+ Extrator KCl 1 mol L-1; H+Al – Extrator acetato de cálcio 0,5 mol L-1; P-rem concentração de P em solução de equilíbrio, em mg L-1, após agitação de 60 mg L-1 de P em CaCl2 0,01 mol L-1, na relação solo solução de 1:10, por uma hora, com amostras de solo. Mata nativa (MN), eucalipto 1ª rotação com dois anos de idade (Euc. 1R2A) e pastagem adjacente (Past. 1R2A), eucalipto 1ª rotação com cinco anos de idade (Euc. 1R5A) e pastagem adjacente (Past. 1R5A), e eucalipto 5ª rotação (Euc. 5R).
7
Fracionamento físico da MOS O fracionamento físico da MOS foi realizado de acordo com Cambardella & Elliott (1992). Dez gramas de cada amostra de solo, passada em peneira com malha de 2 mm, foi dispersa em 30 mL de solução de hexametafosfato de sódio 5 g L-1 e agitada por 15 h em agitador horizontal a 120 rpm, com temperatura controlada em 20 °C. Após a agitação, as amostras foram passadas em peneira de 53 µm, originando duas frações: a MOP- matéria orgânica particulada que é a fração retida na peneira, e a MAM - matéria orgânica associada aos minerais das frações silte e argila. Estas duas frações (MOP e MAM) foram secas em estufa, passadas em peneira de 0,149 mm (100 mesh) e preparadas para posterior análise do teor de C e do δ13C. Abundância natural de 13C Para a análise dos teores de C e da abundância natural do
13
C, as frações
MOP e MAM previamente secas em estufa e passadas em peneira de 0,149 mm (100 mesh) tiveram o C e a relação
13
C/12C medidos por combustão da matéria orgânica
num analisador elementar conectado a um espectrômetro de massa de razão isotópica de fluxo contínuo (ANCA-GLS, Sercom, Crewe, UK). A razão isotópica foi expressa em partes por 1000, em relação ao padrão de Pee Dee Belemnita (PDB), conforme Bernoux et al. (1998). O cálculo da proporção do C do solo e das frações MOP e MAM derivado de plantas C4 em cada camada foi calculado de acordo com Vitorello et al. (1989): % C-C4 = (δ – δmn) / (δp – δmn) em que δ é a abundância natural de
13
C na amostra do solo, δmn é a abundância
natural no solo sob mata nativa e δp é a abundância natural de 13C no material vegetal da pastagem. Assumiu-se que após 38 anos da retirada da mata nativa e implantação da pastagem, as alterações do C-C3 derivado da mata nativa são muito pequenas, admitindo-se, portanto, que qualquer alteração na proporção do C-C3 adveio da contribuição do eucalipto. A contribuição do eucalipto foi calculada de acordo com Binkley et al. (2004), adaptado por Lima et al. (2006):
8
%C-Ceuc = (100 - %C-C4 - %C-C3 mn) em que %C-Ceuc, %C-C4 e %C-C3
mn
são as proporções da MOS derivada do
eucalipto, da pastagem e da vegetação natural, respectivamente. As taxas de substituição do C foram calculadas de duas maneiras: 1) Considerou-se a média anual do incremento de C-Ceuc ocorrido da diferença entre o Euc. 1R5a e Euc. 1R2A nas frações MOP e MAM. 2) Considerou-se a média anual de C-Ceuc nos Euc. 1R2A e Euc. 1R5A, individualmente, tanta na MOP quanto na MAM.
Estatística Os dados foram analisados considerando-se um delineamento de amostragem, e, à partir das quatro repetições, foram obtidas as médias e os erros-padrão da média para cada camada dos solos amostrados nos diferentes usos.
9
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Teores de C no solo Os teores de COT total foram, de modo geral, maiores nos solos sob a mata nativa, embora em algumas comparações esses valores estivessem próximos daqueles dos solos com eucalipto e pastagem (Figura 1). A região na qual a área de estudo se encontra apresenta elevada produtividade de eucalipto, com médias de 60 m³ ha-1 ano-1, dadas as condições edafoclimáticas favoráveis (Neves, 2000). Essa elevada produtividade resulta numa grande deposição de resíduos sobre o solo durante o ciclo de cultivo e no corte da floresta (Balieiro et al., 2004; Pegoraro, 2007), que podem ser incorporados ao solo e fazer parte de compartimentos da MOS (Demolinari, 2008; Maquere et al., 2008). Todavia, mesmo que a deposição de resíduos ao longo de todo o ciclo de cultivo seja elevada, eles ficam na superfície, com restrito contato com o solo, o que dificulta sua decomposição pelos microrganismos (Gatto et al., 2003) e, consequentemente, a incorporação desses resíduos à MOS (Loya et al., 2004). Neste contexto, a permanência do sistema radicular na área após a colheita é fundamental para a formação e, ou, manutenção da MOS, seja pela contribuição desse componente da árvore como fonte de C para o solo, que na região de estudo corresponde entre 10 e 15 % (Neves, 2001; Pegoraro, 2007) de toda a massa da árvore e também dado o seu contato direto com o solo, o que facilita sua proteção física e coloidal (Batjes, 1998). Autores também apontam para a estabilização desse material devido à ocorrência de efeito priming negativo, ou seja, a decomposição das raízes que normalmente apresentam relação C:N elevada pode implicar menor atividade e quantidade da biomassa microbiana no solo, resultando no maior tempo de permanência e, ou, de estabilização desse material no solo (Kuzyakov et al., 2000; Kuzyakov & Bol, 2006). Numa média de várias culturas avaliadas, estima-se que o C derivado das raízes contribue 2,4 vezes mais para o C da MOS em comparação ao C derivado da parte aérea (Rasse et al., 2005). Os teores de C do solo com Euc. 5R (Eucalipto na 5ª rotação) e Euc. 1R5A (Eucalipto na 1ª rotação aos 5 anos de idade) foram menores que aqueles com a MN (Mata nativa), enquanto para o solo com o Euc. 1R2A (Eucalipto na 1ª rotação aos 2 anos de idade), esses teores foram semelhantes ou maiores para as primeiras profundidades amostradas (Figura 1). Nas áreas onde o eucalipto foi implantado em 10
áreas previamente ocupadas com pastagem, logo após essa substituição, grande parte dos resíduos da pastagem encontrava-se na área, o que implicou os maiores teores de C no solo do Euc. 1R2A, quando comparado àquele do Euc. 1R5A. Com o decorrer do tempo do primeiro cultivo, esse C oriundo da pastagem foi mineralizado, e como o solo com eucalipto ainda não recebeu aporte significativo de resíduos, os teores de C tenderam a decrescer nos primeiros anos de cultivo do eucalipto. Quando comparados à vegetação natural, os solos com pastagem apresentaram teores de C mais elevados nas camadas mais superficiais (Figura 1). Batjes. (1998) em seu trabalho de revisão mostrou que o sistema radicular de pastagens, quando bem manejadas, pode seqüestrar e redistribuir C ao longo do perfil do solo, onde este C é mais protegido e menos susceptível à decomposição. Na Amazônia brasileira, Cerri et al. (2003) observaram que decorridos 88 anos da implantação de pastagens após a remoção da floresta ocorreu incremento de 53 % nos estoques da MOS. Islam & Weil (2000) observaram aumentos nos estoques de C em áreas onde acácia (Acacia auriculiformis) ou pastagem foram introduzidas em áreas anteriormente ocupadas por cultivos anuais. Resultados semelhantes foram encontrados por Don et al. (2009), quando cultivos anuais foram substituídos por pastagem.
11
Teor de C no solo (g kg-1) 4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
22
24
26
24
26
0
20
40
MN Euc. 1R2A Past. 1R2A
60
80
100 4
6
8
10
12
14
16
18
20
0
Profundidade (cm)
20
MN Euc. 1R5A Past. 1R5A
40
60
80
100 4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
0
20
40
MN Euc. 5R
60
80
100
Figura 1. Teores de carbono em amostras de solo nas diferentes profundidades na mata nativa (MN), eucalipto 1ª rotação com dois anos de idade (Euc. 1R2A) e na sua pastagem adjacente (Past. 1R2A), eucalipto 1ª rotação com cinco anos de idade (Euc. 1R5A) e na sua pastagem adjacente (Past. 1R5A), e eucalipto 5ª rotação (Euc. 5R). As barras na horizontal referemse ao erro padrão da média (n=4). 12
Contribuição do carbono da matéria orgânica partícula (MOP) e da matéria orgânica associada aos minerais (MAM) para o carbono do solo
A contribuição do C da MOP (>53 µm) e da MAM (