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Título: Balanço nutricional em uma floresta na Amazônia Central: o papel dos estoques e fluxos na ciclagem de nutrientes
Título(s) alternativo(s): Nutrient budget in a Central Amazon forest: the role of stocks and flows in nutrient cycling
Autor: Assis, Pâmella
Orientador: Quesada, Carlos Alberto
Coorientador: Lugli, Laynara
Palavras-chave: Ciclos biogeoquímicos
Data do documento: Ago-2022
Editor: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
Programa: Ecologia
Abstract: In general, soils of old growth tropical forests have low fertility, and as a result, nutrient cycling becomes of great importance for ecosystem functioning, once these elements are essential for plant metabolic processes and tissue construction. Understanding and quantifying the processes that involve nutrient acquisition, storage, and cycling in different plant tissues, and their relationship with forest productivity and biomass accumulation, is essential to characterize ecosystem nutrient dynamics and to project how global environmental changes, such as the increase in atmospheric CO2 can affect such processes. Therefore, in this study we investigated the nutrient dynamics of a terra firme forest in Central Amazonia, through the quantification of carbon and nutrient stocks, flows, retranslocation rates and nutrient use efficiency. Ecosystem net primary productivity (NPP), biomass stocks and the concentration of macronutrients (N, P, Ca, Mg and K), and micronutrients (Fe, Mn and Zn) in canopy, stems, fine roots, litterfall, coarse wood debris, and soils from the AmazonFACE (Free-Air CO2 Enrichment) project database, near Manaus, Amazonas, Brazil were used to calculate the nutrient budget of this forest. We aimed to test the hypothesis that the macronutrient cycling more efficiently in the ecosystem would potentially be the most limiting element for productivity. Our results showed that ecosystem nutrient flow was higher in canopy > fine litterfall > stems > fine roots > coarse wood debris > medium litter layer, while nutrient stocks were greater in soils > stems > coarse wood debris > fine litter layer > canopy > fine roots > medium litter layer. Among the studied compartments, soil was the one displaying higher nutrient storage, playing an important role as a nutrient source for plants in the long term. However, many of these nutrients are not immediately available for plant uptake. Large amounts of nutrients were also found stored in living stems, thus forming an important long-term nutrient reservoir. Phosphorus uptake and input into the soil were very slow and its retranslocation rate and use efficiency was high, suggesting a closed nutrient cycle of this element and a large potential to limit net primary production. Nitrogen use efficiency, on the other hand, was low, and both the stock and fluxes were high. Knowing how much nutrient is needed to allow biomass production in a year, and how much of it can be recycled or relocated, sheds light on how nutrient limitation may constrain ecosystem level responses to elevated atmospheric CO2, and help us to better predict the forest response to climate change.
Resumo: Em geral, solos de florestas tropicais apresentam baixa fertilidade, e como resultado, a ciclagem dos nutrientes tornam-se de grande importância para o funcionamento do ecossistema, uma vez que esses elementos são essenciais nos processos metabólicos das plantas e na construção de tecidos. Compreender e quantificar os processos que envolvem a aquisição, armazenamento e ciclagem de nutrientes em diferentes compartimentos da planta, e a sua relação com a produtividade florestal e a acumulação de biomassa, é essencial para caracterizar a dinâmica dos nutrientes nos ecossistemas e projetar como as mudanças ambientais globais, tais como o aumento do CO2 atmosférico, podem afetar tais processos. Nesse estudo investigamos a dinâmica dos nutrientes de uma floresta de terra firme na Amazônia Central, através da quantificação dos estoques, fluxos, retranslocação e eficiência no uso dos nutrientes, resultando no seu balanço nutricional. A produtividade primária líquida do ecossistema (PPL), os estoques na biomassa e as concentrações dos macronutrientes (N, P, Ca, Mg e K), e micronutrientes (Fe, Mn e Zn) em folhas, troncos, raízes finas, serapilheira, detritos de madeira grossa, e solos do banco de dados do projeto AmazonFACE (Free-Air CO2 Enrichment), próximo à Manaus, Amazonas, Brasil, foram utilizados para calcular o balanço nutricional dessa floresta. O nosso objetivo foi testar a hipótese de que o macronutriente que cicla mais eficientemente no ecossistema potencialmente seria o elemento mais limitante para a produtividade. Nossos resultados mostraram que o fluxo de nutrientes do ecossistema foi mais rápido nas folhas > serapilheira > troncos > raízes finas, enquanto os estoques de nutrientes foram maiores nos solos > troncos > detritos de madeira grossa > folhas > serapilheira fina > raízes finas > serapilheira média. Entre os compartimentos estudados, o solo apresentou um maior armazenamento de nutrientes, desempenhando um papel importante como fonte de nutrientes para as plantas a longo prazo. No entanto, uma vez que muitos destes nutrientes são indisponíveis para a absorção pelas plantas, por outro lado, foram encontradas grandes quantidades de nutrientes nos troncos, esse compartimento funciona como um reservatório de nutrientes. Em resumo, a absorção de P e o seu retorno ao solo foi muito lento e a sua taxa de retranslocação e eficiência no uso foi elevada, o que sugere um ciclo fechado e um papel crucial como limitante da produção primária líquida. A eficiência no uso do N, por outro lado, foi baixa, enquanto o estoque foi o maior entre os nutrientes, assim como o fluxo que foi rápido, o que era esperado, uma vez que este elemento é abundante nas florestas da Amazônia Central e tem uma ciclagem aberta. Essas informações contribuem para a nossa compreensão sobre o estado atual dos nutrientes numa floresta da Amazônia Central através da quantidade de carbono e nutrientes produzidos e armazenados e da dinâmica de cada nutriente e o quanto eles são reciclados, essas informações podem nos ajudar a prever melhor a resposta da floresta às alterações climáticas.
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