Ciência Florestal Centro de Pesquisas Florestais - CEPEF, Departamento de Ciências Florestais - DCFL, Programa de Pós Graduação em Engenharia Florestal - PPGEF ISSN: 0103-9954 EISSN: 1980-5098 Vol. 20, Num. 2, 2010, pp. 225-233

Ciência Florestal, Vol. 20, No. 2, Apr-Jun, 2010, pp. 225-233

DEPOSIÇÃO DE SERAPILHEIRA E DE MACRONUTRIENTES EM UM POVOAMENTO DE ACÁCIA-NEGRA (Acacia mearnsii De Wild.) NO RIO GRANDE DO SUL

LITTER AND MACRONUTRIENT DEPOSITION IN A STAND OF BLACK WATTLE (Acaciamearnsii De Wild.) IN THE STATE OF RIO GRANDE DO SUL, BRAZIL

Márcio Viera¹ Mauro Valdir Schumacher²

1. Engenheiro Florestal, Doutorando do Programa de Pós-graduação em Engenharia Florestal, Centro de Ciências Rurais, Universidade Federal de Santa Maria, Av. Roraima, 1000, CEP 97105-900, Santa Maria (RS). Bolsista CAPES. vieraflorestal@yahoo.com.br
2. Engenheiro Florestal, Dr., Professor do Departamento de Ciências Florestais, Universidade Federal de Santa Maria, Av. Roraima, 1000, CEP 97105-900, Santa Maria (RS). mvschumacher@gmail.com

Recebido para publicação em 11/06/2008 e aceito em 27/04/2010.

Code Number: cf10019

RESUMO

Objetivou-se avaliar a deposição de serapilheira e de macronutrientes em um povoamento de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.) com 6 anos de idade em Butiá, RS. Foram alocadas sistematicamente cinco parcelas de 18mx24m, cada uma com quatro coletores de serapilheira de 1 m². A serapilheira interceptada nos coletores foi coletada mensalmente entre janeiro/2002 e dezembro/2003. Após a coleta, a serapilheira foi dividida nas frações folha, flor, frutos e fezes da lagarta Adeloneivaia subangulata, e seca em estufa, pesada, moída e analisada quimicamente quanto aos teores de N, P, K, Ca e Mg. A deposição média anual de serapilheira foi de 4,32 Mg ha^-1, composta por 75,5% de folhas, 11,1% de flores, 11,2% de frutos e 2,2% de fezes da lagarta. A deposição de serapilheira foi mais concentrada na primavera. O maior fornecimento de nutrientes ao solo ocorreu por meio da fração folha, a qual, apesar de não apresentar as maiores concentrações dos elementos avaliados, apresenta grande deposição anual de biomassa. A deposição total de macronutrientes ao solo, em kg ha^-1 ano^-1, foi de 74,8 de N, 26,8 de K, 23,1 de Ca, 7,9 de Mg e 2,4 de P.

Palavras-chave: nutrição florestal; ciclagem de nutrientes; plantio florestal.

This study evaluated litter and macronutrient deposition in a six year-old black wattle (Acacia mearnsii De Wild.) stand, in Butia-RS. Five plots (18mx24m) of litter were systematically allocated, each one with four trap collectors of 1 m². The litter intercepted was collected monthly between January 2002 and December 2003. After collection, litter was divided into leaves, flowers, fruits and caterpillar (Adeloneivaia subangulata) feces, oven dried, weighed, milled and analyzed for N, P, K, Ca and Mg contents. The average annual litter deposition reached 4.32 Mg ha^-1, and was composed of 75.5, 11.1, 11.2 and 2.2% of leaves, flowers, fruits and feces, respectively. Litter deposition was more concentrated in the spring. The higher deposition of nutrients was through the leaf fraction, which contributed annually with a great amount of litter biomass, although not showing the highest nutrient concentrations. The supply of total amount of macronutrients to the soil was of 74.8 of N, 26.8 of K, 23.1 of Ca, 7.9 of Mg and 2.4 of P (kg ha^-1).

Keywords: forest nutrition; nutrient cycling; forest plantation.

A Acacia mearnsii De Wild., conhecida como acácia-negra, é uma espécie arbórea originária da Austrália Sul-Oriental, e de grande importância econômica e ornamental (MARCHIORI, 1990), tais como, a produção de casca para a indústria de tanino e a produção de madeira para utilização na industria de celulose e carvão.

São árvores monopodiais, de caule mais ou menos reto na maior parte da altura e possui folhagem verde escura, folhas perenes, compostas e bipinadas. A acácia-negra é o terceiro gênero mais plantado no Brasil, sendo que, quase a totalidade dos plantios encontra-se no Rio Grande do Sul, onde ela foi introduzida em 1928 em conjunto com atividade agrícola e pecuária. Estima-se que o plantio atual no Estado esteja em torno de 130 mil hectares envolvendo cerca de 40 mil famílias de pequenos produtores rurais (SIMON, 2005).

A acácia-negra é uma leguminosa capaz de fixar nitrogênio atmosférico (N₂) e incorporar rapidamente a matéria orgânica ao solo, mantendo a produtividade do sítio, podendo fixar aproximadamente 200 kg ha^-1 ano^-1 de nitrogênio em regiões tropicais (AUER e SILVA, 1992). Entretanto, a contínua exportação de nutrientes pela colheita reduz a capacidade produtiva do sítio e pode, com isso, desestabilizar o ecossistema, comprometendo a produtividade dos futuros ciclos (REIS e BARROS, 1990; PEREIRA et al., 1984).

A permanência da serapilheira sobre o solo do povoamento possibilita seu reaproveitamento no ciclo de nutrientes do ecossistema, por meio de sua decomposição e da liberação dos íons constituintes para posterior reabsorção pelas raízes das plantas. A importância desse ciclo que se forma entre a comunidade viva e o seu meio é evidenciada nas florestas que se mantêm saudáveis em áreas com solos de baixa fertilidade (SCHUMACHER et al., 2003).

Parte do processo de retorno de nutrientes para o solo florestal, que ocorre por meio da produção da serapilheira, é formada por fragmentos orgânicos, que compreendem folhas, caules, frutos, flores, bem como restos de animais e material fecal. A decomposição dessa serapilheira e liberação de nutrientes é considerado o meio mais importante de transferência de nutrientes da vegetação para o solo (VITAL et al., 2004; GOLLEY, 1975).

Segundo Souza e Davide (2001), a ciclagem de nutrientes em ecossistemas florestais tem sido amplamente estudada com o intuito de se obter maior conhecimento da dinâmica dos nutrientes nesses ambientes, não só para o entendimento do funcionamento dos ecossistemas, mas também para buscar informações a respeito de práticas de manejo florestal para a manutenção da produtividade do sítio.

Segundo Pritchett (1979), a absorção dos nutrientes pelas árvores é influenciada pela espécie, pela cobertura florestal e pelas condições de solo e clima. Em princípio, a absorção anual de nutrientes pela maioria das espécies florestais é da mesma ordem da apresentada pelas culturas agrícolas, mas como a maior parte dos nutrientes absorvidos é devolvida para o piso florestal, quantidades relativamente pequenas são retidas no acréscimo anual da biomassa arbórea.

Dessa forma, objetivou-se com o presente trabalho estimar a quantidade de serapilheira produzida, e a quantidade de macronutrientes devolvidos ao piso florestal, em um plantio de acácia-negra com seis anos de idade, no município de Butiá, RS.

MATERIAL E MÉTODO

O presente estudo foi realizado em um plantio de acácia-negra com 6 anos de idade, localizado no município de Butiá, RS, nas coordenadas 30°07’12” S e 51°57’45” W, a uma altitude média de 35 m acima do nível do mar.

Segundo a classificação climática de Köppen, o clima é do tipo Cfa, caracterizado como subtropical úmido, sendo a temperatura média anual de 18ºC, com a média das mínimas oscilando entre 3°C e 18°C e a média das máximas ultrapassando os 23°C. A precipitação pluviométrica anual é aproximadamente de 1.600 mm e a insolação é de 2.300 horas (MORENO, 1961).

O solo da região em estudo pertence à Unidade de Mapeamento São Jerônimo, classificado como Argissolo Vermelho distrófico típico, textura argilosa, relevo ondulado e substrato granítico. Normalmente, esses solos são fortemente ácidos, com soma de bases e teores de matéria orgânica baixos (STRECK et al., 2002).

O preparo do solo foi realizado mediante uma gradagem na linha de plantio, para a descompactação da camada superficial do solo. Também foi realizada a aplicação de herbicida na faixa gradeada (70 cm) com o objetivo de controlar a matocompetição. A semeadura da acácia-negra foi realizada por meio de plantadeira hidráulica PHA. Por ocasião do plantio, foram aplicados 180 kg ha^-1 de N – P₂O₅ – K₂O de fórmula 10 – 30 – 10. Após 12 meses do plantio, realizou-se o raleio, deixando as plantas de maior vigor distribuídas num espaçamento de 3,0 m x 1,33 m. E o controle de formigas foi realizado periodicamente.

Em área com condições ambientais semelhantes, foram alocadas, de forma sistemática, conforme a metodologia de Soares et al. (2006), cinco parcelas de 18m x 24m cada. Em cada uma das parcelas, foram instaladas, a 0,80 m de altura do solo, quatro bandejas coletoras (1m² cada) de madeira com fundo em tela de nylon de 1 mm, duas no ponto médio entre duas árvores subsequentes na linha de plantio e as outras duas no ponto médio da entrelinha, totalizando vinte repetições em toda a área experimental.

Toda a serapilheira interceptada nas bandejas coletoras foi recolhida mensalmente de janeiro de 2002 a dezembro de 2003, quando o povoamento se encontrava com 6-7 anos de idade, sendo acondicionada em embalagens de papel, identificada e levada para o Laboratório de Ecologia Florestal da Universidade Federal de Santa Maria, onde foi dividida nas frações folha, flor, fruto e fezes de lagartas. Após a separação, o material foi acondicionado em sacos de papel e seco em estufa de circulação e renovação de ar a 70ºC, por 72 horas, sendo posteriormente pesado em balança de precisão (0,01 g). De cada fração coletada mensalmente foram retiradas subamostras homogêneas de material, as quais foram moídas em moinho tipo Wiley com peneira de 30 mesh e posteriormente analisadas quanto os teores de nitrogênio, pelo método Kjeldahl, fósforo por espectrofotometria, potássio por fotometria de chama e o cálcio e magnésio por espectrofotometria de absorção atômica, seguindo a metodologias descritas por Tedesco et al. (1995).

As fezes da lagarta desfolhadora (Adeloneivaia subangulata) foram consideradas como serapilheira, pois esta apresenta hábito de herbivoria intenso, em certas épocas do ano, consumindo grande quantidade de folíolos.

Com base nos dados provenientes de cada coleta mensal de serapilheira (material coletado sobre os coletores), foi estimada a quantidade média de deposição de serapilheira e nutrientes que retornam ao piso florestal durante o período de estudo. Essa estimativa de produção de serapilheira foi baseada partindo da expressão descrita por Lopes et al. (2002), como segue abaixo:

PS = ( ∑ PMS x 10.000) / AC

Em que: PS = produção de serapilheira (Mg ha^-1 ano^-1);

PMS = produção mensal de serapilheira (Mg ha^-1 mês^-1);

AC = área do coletor (m²).

Para o cálculo da quantidade anual de macronutrientes contidos na serapilheira depositada, levou-se em consideração o aporte mensal da serapilheira multiplicada pelo teor mensal de macronutrientes, em cada fração.

A análise estatística foi realizada com o auxílio do software Statistical package for the social sciences (SPSS) 7.5.1 for Windows (1996), considerando os diferentes compartimentos como tratamentos e as parcelas como repetições. Sendo aplicado o Teste de Tukey a 5% de probabilidade para a separação de médias dos nutrientes nos diferentes compartimentos. A análise de correlação de PEARSON (r) foi considerada significativa a 1 ou 5% de probabilidade de erro.

As informações sobre as variáveis meteorológicas, utilizadas neste estudo para a análise de correlação de PEARSON, foram disponibilizadas pela Estação Experimental Agronômica do Departamento de Plantas Forrageiras e Agrometeorologia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A deposição média anual de serapilheira encontrada neste estudo (Tabela 1) foi de 4,32 Mg ha^-1. Essa deposição é inferior à encontrada em outros estudos com leguminosas arbóreas, como o encontrado por Andrade et al. (2000) em povoamentos de Mimosa caesalpiniifolia, Acacia mangium e Acacia holosericea, com 4 anos de idade, a qual foi de 10,16; 9,13 e 9,06 Mg ha^-1 ano^-1 respectivamente e por Costa et al. (2004) em área reflorestada com Mimosa caesalpiniifolia, Acacia auriculiformes e Gliricidia sepium, onde a deposição variou de 5,7 a 11,2 Mg ha^-1 ano^-1. Os autores supracitados relatam que essa grande variação na quantidade de serapilheira depositada pelas espécies leguminosas se deve provavelmente às características fenológicas de cada espécie, sendo a acácia-negra uma das espécies com menores deposições.

O material formador da serapilheira é constituído sobretudo por folhas, representando 75,5% da serapilheira depositada. Outros estudos constataram também maiores porcentagens (variando de 60 a 80%) de folhas no material depositado (ANDRADE et al., 2000; SCHUMACHER et al., 2003; SCHUMACHER et al., 2004; BACKES et al., 2005; PIRES et al., 2006; FERREIRA et al., 2007; FERNANDES et al., 2007; VOGEL et al., 2007).

As frações constituintes do material reprodutivo (flores e frutos), da mesma forma da fração folha, alcançaram percentuais de deposição (22,3%) similares ao encontrado na literatura. Para Mimosa caesalpiniifolia, Acacia mangium e Acacia holosericea, Andrade (1997) encontrou percentuais de 23, 29 e 14% respectivamente, e Ferreira et al. (2007) encontraram 17,9% para Mimosa caesalpiniifolia.

A deposição encontrada por Souza e Davide (2001), em Poços de Caldas, MG, para uma mata não minerada foi de 4,49 Mg ha^-1, e em áreas de mineração de bauxita, com plantações de bracatinga (Mimosa scabrella) e eucalipto (Eucalyptus saligna) foi de 3,46 Mg ha^-1 e 7,10 Mg ha^-1 respectivamente. Provavelmente, a menor deposição de serapilheira deve-se ao fato de aquele povoamento apresentar um número menor de indivíduos por hectare do que o de eucalipto.

Bertalot et al. (2004) encontraram diferenças na deposição de serapilheira de quatro leguminosas, sendo a Mimosa scabrella superior às demais estudadas, com deposição de 7,05 Mg ha^-1 ano^-1, enquanto a deposição da Acacia melanoxylon, Leucaena diversifolia e Leucaena leucocephala, alcançou 2,79; 1,58 e 1,39 Mg ha^-1 ano^-1 respectivamente.

Nos meses de verão (janeiro a março) houve pouca variação da deposição (Figura 1), sendo o mês de março o de maior deposição média. Com a queda da temperatura e proximidade do inverno a deposição diminuiu gradativamente, provavelmente em virtude da detenção do crescimento, provocada pelo frio. A menor deposição média mensal ocorreu no mês de julho com 170,5 kg ha^-1.

Com a chegada da primavera, e consequente aumento da temperatura média do ar, a deposição começou aumentar, tendo um pico em novembro com cerca de 890 kg ha^-1 de serapilheira. Esse valor se deve, em maior parte, pela composição de materiais reprodutivos (flores e frutos).

A deposição do povoamento mostrou-se nitidamente sazonal, com a seguinte ordem de deposição de serapilheira: primavera > verão > outono > inverno. Esse comportamento foi idêntico ao encontrado por Bertallot et al. (2004), em quatro povoamentos florestais de leguminosas, citados anteriormente. Esses mesmos autores afirmam que incrementos na deposição estão relacionados com o aumento da temperatura ambiente. Em nosso estudo, a afirmação citada anteriormente é confirmada pela correlação direta e significativa entre a deposição da fração folha (r = 0,50), fezes (r = 0,47) e total de serapilheira (r = 0,46) com a temperatura média do ar (Tabela 2).

De acordo com Schumacher et al. (2003), o calor é um dos principais fatores que desencadeiam a produção de serapilheira para a acácia-negra, de forma que a maior atividade fisiológica dos indivíduos nesse período faz com que ocorra também uma intensa troca de folhagem, quando o material senescente é liberado, dando lugar a uma folhagem nova e fotossinteticamente mais ativa.

A queda da fração flores apresentou seu maior valor de deposição em outubro e novembro, apresentando contribuições pequenas nos meses de julho, agosto, setembro e dezembro e não sendo observada nos outros meses. Normalmente a acácia possui um período de floração que vai de julho a outubro (GRIGOLETTI et al., 2003), mas com grande persistência dessa floração nos meses seguintes, especialmente como o verificado em novembro. Tendo o vento como uma das principais variáveis meteorológicas que ocasionam o aumento na deposição (r = 0,52).

A fração frutos apresentou contribuições relativamente contínuas durante o ano, com maiores valores de deposição nos meses de novembro e dezembro. Esse comportamento demonstra uma característica da espécie quanto à persistência de certa percentagem dos frutos na copa por período considerável, sendo verificada deposição destes em função de ventos (r = 0,41), sendo novembro o mês normal de deposição de frutos, após a diminuição da floração (GRIGOLETTI et al., 2003). A radiação solar e a evapotranspiração, também influenciaram significativamente na deposição da fração frutos.

A maior deposição de fezes ocorreu no verão, correlacionando-se significativamente com a temperatura do ar, radiação solar e evapotranspiração. Essas variáveis proporcionaram um período de maior consumo de folhagem pelas lagartas, notadamente em fevereiro, em que se verificou valores superiores de 30,4 kg ha^-1, não sendo verificados em abril, voltando a aparecer em maio e diminuindo gradativamente até não ser mais observados em setembro e outubro. Em novembro uma nova produção de fezes reiniciou. A contribuição média dessa fração para a devolução de serapilheira foi de 2,2%.

As diferentes frações da serapilheira apresentaram composições químicas distintas (Tabela 3). O teor de N foi mais elevado nas flores do que nas fezes, não diferindo estatisticamente das frações frutos e folhas. O P está mais concentrado no material reprodutivo e fezes, apresentando diferença significativa em relação à fração folha. Os teores de K, Ca e Mg não diferiram estatisticamente entre as frações.

A elevada concentração de fósforo nas flores e nos frutos é explicada por esse elemento ter a função de estimular o crescimento, acelerar a maturação e ajudar a formação das sementes, a respiração e a absorção iônica de outros elementos (FERRI, 1985). Segundo o autor citado anteriormente, o potássio, é um elemento altamente móvel no floema e prontamente redistribuído para órgãos novos em crescimento, realizando funções importantes na planta, tais como: proteger o vegetal contra doenças e auxiliar a permanência dos frutos na planta, o que ocasiona a maior concentração do elemento nessa fração, apesar de não apresentar diferença entre as demais frações. Já, a fração fezes apresentou alta concentração de Ca e também foi uma das mais ricas em P, porém os teores de N, K e Mg foram intermediários as demais frações.

A transferência média anual de nutrientes ao solo via deposição de serapilheira é apresentada na Tabela 4. A fração folhas, em virtude de sua predominante biomassa, contribui em maior escala para a ciclagem de nutrientes, sendo que sua participação média relativa, no retorno de nutrientes, variou de 55,7% para o potássio até 80,9% para o cálcio.

As frações flores e frutos (material reprodutivo), apesar de apresentarem maiores concentrações de elementos na massa seca, apresentam baixa contribuição em nutrientes retornados ao solo, em virtude de sua pequena biomassa.

Dentre todos os nutrientes, o nitrogênio foi aquele fornecido em maior quantidade ao solo do povoamento, em virtude da espécie ser uma importante fixadora do N atmosférico. O cálcio apresentou devolução inferior ao nitrogênio, sendo considerada sua devolução relativamente baixa se comparada ao observado em diversos estudos (BERTALOT et al., 2004; BALIEIRO et al., 2004; MARTINS et al., 2004; VITAL et al., 2004; MOCHIUTTI et al., 2006; FERREIRA et al., 2007) com outras espécies, nas quais a quantidade de Ca depositada no solo via serapilheira é igual ou superior ao K, o que não foi verificado no ano 1 (6 anos de idade) do povoamento deste estudo. Esse maior aporte de potássio, em relação ao cálcio, no ano 1 deve-se, em parte, a maior contribuição em biomassa da fração flor.

Nesse sentido, a magnitude média de transferência de nutrientes ao solo do povoamento foi: N > Ca > K > Mg > P. Os resultados de Schumacher et al. (2003), para o mesmo povoamento do presente estudo, quando se encontrava com 3 anos de idade, demonstraram mesma magnitude no retorno de nutrientes. Essa sequência também foi verificada por Bertalot et al. (2004), avaliando o retorno de nutrientes para o solo via serapilheira para quatro espécies de leguminosas arbóreas.

A deposição média anual de serapilheira encontrada neste estudo foi de 4,32 Mg ha^-1, apresentando poucas variações entre os dois anos de estudos.

A deposição da serapilheira ocorreu de forma sazonal, sendo para as folhas e frutos: primavera > verão > outono > inverno, já para a fração fezes: verão > primavera > outono > inverno, e para flores: primavera > inverno.

O N, P, K e Mg apresentaram-se com teores superiores nas frações frutos e flores, e o Ca esteve mais concentrado nas frações folhas e fezes.

Em média, mais de 70% do fornecimento de nutrientes ao solo ocorre por meio da fração folhas, a qual, apesar de não apresentar as maiores concentrações dos elementos avaliados, é a que mais contribui para o processo de ciclagem de nutrientes, devido sua grande massa depositada no solo anualmente.

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