Padrões sazonais e espaciais da disponibilidade de água para as plantas e sua influência na respiração do solo em um cerrado denso do Brasil Central

Abstract

Nos ecossistemas savânicos da região do Cerrado, a disponibilidade de água é um dos fatores altamente determinantes da estrutura florística e dos processos biogeoquímicos do ecossistema. A respiração do solo é um dos processos que pode ser afetado pela disponibilidade de água no solo. Este trabalho teve como objetivos: 1) investigar se as variações espaciais e sazonais da água disponível para as plantas, entre 0 e 200 cm de profundidade do solo, podem afetar a respiração do solo, e 2) se as variações na respiração do solo são melhor explicadas em função da sazonalidade da precipitação ou da heterogeneidade espacial da distribuição da água do solo. Para avaliar a distribuição espacial e temporal da água no solo, este estudo utilizou a técnica de perfil bidimensional (2D) de resistividade, que está sendo pioneiramente usada em estudos ecológicos para estimar o conteúdo de água no solo. O estudo foi realizado em área de cerrado denso, localizado na Estação Ecológica de Águas Emendadas (EEAE), Planaltina, DF. A coleta de dados foi realizada entre abril e dezembro de 2005 em 3 áreas de coleta (P1, P2 e P3) estabelecidas ao longo de um transecto de resistividade de 275 m. Estas áreas de coleta apresentaram características contrastantes em termos da distribuição de água ao longo do perfil do solo. Em cada área de coleta foram feitas medições dos fluxos de CO2 do solo e amostras de solo foram coletadas para determinações do conteúdo gravimétrico de água, carbono da biomassa microbiana (CBM), taxa de respiração basal microbiana (TRB) e biomassa de raízes. Os dados de resistividade medidos para estas áreas foram extraídos com programas de GIS e convertidos em valores de conteudo volumétrico de água (CVA) e água disponível para as plantas (ADP) por meio de calibrações da resistividade com sensores do tipo reflectômetro de domínio temporal (TDR). Os fluxos de CO2 foram determinados com um analisador de gás infravermelho e as determinações de CBM e TRB seguiram o método clorofórmio fumigação incubação (CFI). Os resultados obtidos mostraram a grande heterogeneidade tanto espacial como temporal de resistividade, CVA e ADP, mas somente efeito marginalmente significativo (p=0,052) da heterogeneidade espacial na respiração do solo, e não significativo (p>0,01) para CBM e TRB. Em escala de tempo os resultados indicaram um efeito altamente significativo (p<0,01) da sazonalidade da precipitação sobre os valores de fluxos de CO2 do solo, CBM e TRB. O P1 apresentou os menores valores de resistividade e maiores valores de CVA e ADP em todos os meses de estudo. O P2 obteve os maiores valores de resistividade e menores de CVA e ADP. Os valores totais dos fluxos de CO2 do solo encontrados foram 56,7 (P1), 52,4 (P2) e 51,2 µmol.m-2.s-1 (P3). O mês de maio apresentou os menores valores de resistividade (2626 Ω.m), maiores de CVA (26,8%) e ADP (135,8 mm), e novembro os maiores valores de resistividade (18382 Ω.m), menores de CVA (16,6%) e ADP (19,7 mm). O mês de setembro apresentou os menores valores de respiração do solo (0,9 µmol.m¯².s¯¹) e o mês de maio os maiores valores (4,2 µmol.m¯².s¯¹). A biomassa total de raízes grossas (> 2 mm) até 50 cm de profundidade do solo foi de 19,38 no P1; 8,79 no P2 e 5,22 kg.m3 no P3. A biomassa total de raízes finas (< 2 mm) encontrada até 50 cm foi de 2,56 no P1; 2,72 no P2 e 3,18 kg.m3 no P3. A biomassa de raízes grossas e finas se concentrou nos primeiros 30 cm de profundidade do solo nos P1 e P2, tendo redução significativa com o aumento da profundidade do solo. Por outro lado, o P3 a biomassa de raízes grossas teve sua maior contribuição relativa entre 30-50 cm de profundidade do solo. Enquanto a respiração do solo foi influenciada pela variação espacial de forma marginal, a sazonalidade da precipitação afetou marcadamente a respiração do solo. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In the savannas ecosystems from the Cerrado region, water availability is one of the most important factors determining its floristic structure and the dynamics of biogeochemical processes. Soil respiration is one of those processes that can be really affected by water availability in soil. The mayor objectives of this study were: 1) to investigate how spatial and seasonal variations in water availability for plant uptake up to 200 cm of soil depth would affect soil respiration and 2) to determine which source of variation, spatial or seasonal, have the strongest effect on soil respiration. The research was conducted in an area of Cerrado denso located within the ecological station of Águas Emendadas (EEAE), Planaltina, DF. To evaluate spatial and temporal variation of water distribution in soil, this study used the two-dimensional (2D) resistivity technique, usefully applied for geological studies. Data collection was carried out between the months of April and December of 2005, in three different areas (P1, P2, P3) selected along the 275-m resistivity transect. These areas differentiated by their contrasting characteristics in terms of water distribution along the soil profile. The monthly CO2 fluxes were measured using four chambers installed within each sampling area along the resistivity transect, and soil were collected for determination of gravimetric soil water content, carbon microbial biomass (CMB), index of microbial base respiration (MBR) and root biomass. Raw resistivity data obtained for each area was extracted through the use of a GIS program and then converted to volumetric soil water content (VWC) and plant available water (PAW) through calibration of resistivity values with Time Domain Reflectometer (TDR) sensors. A comparison between gravimetric and resistivity methods to determine soil water content are presented. The CO2 fluxes were determined by the infrared gas analyzer technique and CMB and MBR were determined with the chloroform fumigation technique. Results from this study showed large spatial and temporal variation in resistivity, VWC and PAW along the resistivity transect; however, spatial heterogeneity produced an effect marginally significant (p=0,052) on the CO2 fluxes, and a not significant effect on CMB and TRB (p>0,1). Temporal variation due to seasonality produced a highly significant effect on CO2 production from soil, CMB e TRB. The area of P1 showed the lowest resistivity and the higher CVA and ADP in all months of this study. By constrast the area of P2 the highest resistivity and the vi i lower CVA and ADP. The total CO2 fluxes was 56,7 (P1), 52,4 (P2) and 51,2 µmol.m-2.s-1 (P3). The month of May presented the lowest resistivity values (2626 Ω.m) and the higher CVA (26,8%) and ADP (135,8 mm). By contrast, the month of November presented the higher resistivity values (18382 Ω.m), but the lowest VWC (16,6%), PAW (19,7 mm). The month of September presented the lowest CO2 fluxes (0,9 µmol.m-2.s-1) and the month of May the highest values (4,2 µmol.m-2.s-1). Total coarse root biomass (> 2 mm) up to 50 cm of soil depth was the highest in P1 (19.38 kg.m3), followed by P2 (8,79), and then P3 (5,22 kg.m3). Total fine root (<2mm) biomass up to 50 cm of soil depth was the highest in P3 (3.18 kg.m3), followed by P2 (2,72), and then P1 (2,52 kg.m3). The largest contribution of total root biomass was observed within the first 30 cm of soil depth at P1 and P2, but at P3 the largest contribution was observed between 30-50 cm of soil depth. This study concluded that along the studied transect, spatial heterogeneity exerted a very marginal effect on the variation of soil respiration, while the pronounced changes in soil water distribution due to seasonality produced a larger affect on soil respiration.