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Document type: Tese
Access type: Acesso Embargado
Title: Impacto das alterações ambientais sobre a decomposição da serapilheira em vegetação de Cerrado
Alternate title (s): Impact of environmental changes on litter decomposition in Cerrado vegetation
Author: Silva, Laura Vívian Barbosa
First Advisor: Vasconcelos, Heraldo Luis de
First coorientator: Nardoto, Gabriela Bielefeld
First member of the Committee: Pedroni, Fernando
Second member of the Committee: Ferreira, Adão de Siqueira
Third member of the Committee: Moreira, Ana Silvia Franco Pinheiro
Fourth member of the Committee: Pinheiro, Marcelo Henrique Ongaro
Summary: A decomposição da serapilheira é um dos processos chave para a manutenção da fertilidade dos solos, principalmente naqueles pobres em nutrientes como é o caso dos solos de Cerrado. Fatores naturais de controle do processo de decomposição podem ser afetados em resposta as alterações ambientais. A deposição de nitrogênio, a invasão de espécies exóticas invasoras e as mudanças abruptas na quantidade de serapilheira, por exemplo, podem afetar o processo de decomposição e consequentemente a ciclagem de nutrientes. Assim, a avaliação das consequências destas alterações ambientais sobre o funcionamento de ecossistemas tropicais se torna essencial, especialmente considerando a importância desses como reservatórios de biodiversidade. O objetivo geral deste estudo foi avaliar os efeitos da fertilização por N e de gramíneas invasoras sobre o processo de decomposição da serapilheira e suas consequências na dinâmica de N em áreas de cerrado sentido restrito. O estudo foi desenvolvido na Reserva Ecológica do Panga em Uberlândia. A taxa de decomposição foi determinada com o uso de sacos de decomposição contendo 10 g de serapilheira. Para avaliar o efeito da adição de N no solo sobre a dinâmica de N, a taxa de decomposição da serapilheira foi determinada em parcelas experimentais submetidas a diferentes níveis de fertilização: Alto N (50kg N ha-1 ano-2), baixo N (20kg N ha-1 ano-2) e controle (sem adição de N). Além disso, foram comparados parâmetros químicos (δ15N, δ13C, N, C, taxas de mineralização e nitrificação de N) do solo e microbiológicos (respiração basal, C e N da biomassa microbiana, quociente metabólico, atividade enzimática). Para avaliar o efeito da invasão de espécies exóticas, a taxa de decomposição e qualidade da serapilheira foi comparada entre locais invadidos e não invadidos pelas gramíneas Melinis minutiflora P. Beauv. e Brachiaria decumbens Stapf cv. Basilisk. Os parâmetros microbiológicos também foram comparados entre as áreas. Já para determinar o efeito da quantidade da serapilheira sobre a decomposição e comparar o efeito da exclusão dos artrópodes sobre a decomposição, parcelas foram estabelecidas em área de cerradão e submetidas à manipulação da serapilheira (adição, remoção e controle). No experimento de fertilização, os resultados mostram que em geral, a serapilheira da gramínea Tristachya leiostachya crescendo em parcelas de alta adição de N decompôs mais rápido do que aquelas dos outros tratamentos, possivelmente porque a concentração de N foliar foi maior na serapilheira coletada em parcelas de alto N do que na serapilheira dos demais tratamentos. Além disso, a decomposição da serapilheira foi mais rápida nas parcelas que receberam adição elevada de N do que nas parcelas dos demais tratamentos. Entretanto, estes efeitos foram variáveis entre os anos. Em 2011, após quatro anos do início da fertilização, a concentração de NH4 e a atividade microbiana do solo não diferiu entre os tratamentos. Além disso, a adição de N não mostrou aumentar a viii cobertura de gramíneas e nem provocar transformações de N no solo via mineralização ou nitrificação. Porém, as plantas apresentaram uma redução no δ15N foliar com o aumento da dose de aplicação de fertilizante nitrogenado, o que indica assimilação do fertilizante por elas. Já para o impacto da invasão de espécies exóticas, os resultados mostram que a concentração de N diferiu entre as espécies de gramíneas sendo menor na espécie exótica B. decumbens do que M. minutiflora ou nas gramíneas nativas. Já em áreas invadidas por gramíneas exóticas invasoras, a decomposição da serapilheira foi mais rápida do que em áreas não invadidas. Já a decomposição da serapilheira de M minutiflora foi a mais lenta do que a decomposição de B. decumbens ou das gramíneas nativas, independente da gramínea dominante na parcela. Entre os parâmetros microbiológicos medidos, apenas o CBM e a atividade da enzima β-glicosidase diferiram entre os locais sendo que o primeiro foi maior em locais invadidos por B. decumbens e o segundo em áreas invadidas por M. minutiflora. Por fim, no experimento de manipulação da serapilheira, os resultados mostraram que em locais em que a serapilheira foi totalmente removida, a decomposição foi mais lenta do que nos locais de adição extra de serapilheira e nos controles não manipulados. Este resultado foi consistente nos dois anos do estudo. A presença de macro-artrópodes acelerou a taxa de decomposição, porém o efeito da manipulação experimental da quantidade da serapilheira foi independente da presença ou ausência de macro-artrópodes. Em geral, os resultados deste trabalho mostram que as alterações ambientais afetam os principais fatores controladores do processo de decomposição: microclima, a qualidade da serapilheira e a atividade dos decompositores.
Abstract: Litter decomposition is a key process for the maintenance of soil fertility, especially in nutrient poor soils, such as the Cerrado soils. Natural factors that control the decomposition process can be affected by environmental changes. The deposition of atmospheric nitrogen, the invasion of exotic species or abrupt changes in the amount of litter, for example, can affect decomposition and consequently the cycling of nutrients. Therefore, the assessment of the consequences of these environmental changes on the functioning of tropical ecosystems is essential, especially in view of their importance as reservoirs of biodiversity. The general objective of this study was to evaluate the effects of N fertilization and of invasive exotic grasses on litter decomposition and its consequences on N dynamics in Neotropical savanna (cerrado) areas. The study was conducted in the Reserva Ecologica do Panga in Uberlândia, Brazil. Decomposition rate was determined using litter bags containing 10 g of litter. To evaluate the effect of N addition in the soil on N dynamics, litter decomposition was determined in experimental plots subjected to different levels of fertilization: high N addition (50kg N ha-1 year-2), low N addition (20kg N ha-1 year-2) and control (no addition N). Moreover, chemical parameters of soil (δ15N, δ13C, N, C, mineralization and nitrification of N) and microbial (basal respiration, carbon of microbial biomass, metabolic quotient, enzyme activity) was compared between plots with different levels of nitrogen addition. To evaluate the effects of the invasion of exotic grasses, litter decomposition and litter quality was compared between areas invaded or not by the exotic grasses Melinis minutiflora and Brachiaria decumbens. Microbial parameters were also compared between the invaded and non-invaded areas. To determine the effect of litter quantity and arthropod exclusion on decomposition, litter addition, litter removal and unmanipulated control plots were established in a dry forest (cerradão) area. Results of the fertilization experiment showed that, in general, the litter of T. leiostachya decomposed faster when litter was originated from the high N addition plots. This was probably because the N foliar concentration was higher in litter grass collected in plots of high N addition than in the grass litter collected in the other treatments. In addition, litter decomposition was faster in the plots of high N addition than in plots of low N addition and control. However, these effects were variable between the years. In the 2011, four years after the beginning of the fertilization experiment, NH4+ concentration and the microbial activity in the soil did not differ between the treatments. N addition did not increased grass cover and did not caused N transformation in the soil via mineralization and nitrification. However, there was a reduction in δ15N on grass leaves growing in plots subject to high levels of N addition. In relation to the impact of invasive grasses, results showed that N concentration was smaller in the exotic species B. decumbens than in M. minutiflora or in the native grasses. Litter decomposition was faster in areas invaded by exotic grasses than in areas not invaded. The litter produced by M minutiflora decomposed slower than litter produced by B. decumbens or native grasses, both in invaded and non-invaded plots. In plots with M. minutiflora the activity of the enzyme β-glycosidase was higher, whereas soil microbial carbon was greater in B. decumbens plots. In the experiment of litter x manipulation, results showed that liter removal had a negative impact on decomposition rates, and this was true in the two years of the study. Litter removal negatively affected decomposition rates, independently of the presence or absence of macro-arthropods. In general, the results of this study showed that environmental changes affect the main controlling factors of the litter decomposition process: microclimate, litter quality and decomposer activity.
Keywords: Decomposição da serapilheira
Litter decomposition
Adição de nitrogênio
Nitrogen addition
Gramíneas exóticas invasoras
Invasive exotic grasses
Atividade microbiana do solo
Soil microbial activity
Quantidade da serapilheira
Litter quality
Serapilheira
Solo
Fertilidade
Impacto ambiental
Ecologia
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::ECOLOGIA::ECOLOGIA DE ECOSSISTEMAS
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ecologia e Conservação de Recursos Naturais
Quote: SILVA, Laura Vívian Barbosa. Impacto das alterações ambientais sobre a decomposição da serapilheira em vegetação de Cerrado. 2017. 114 f. Tese (Doutorado em Ecologia e Conservação de Recursos Naturais) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2017.461.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2018.461
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21535
Date of defense: 12-Jun-2017
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