Adequacy assessment of mathematical models in the dynamics of litter decomposition in a tropical forest Mosaic Atlantic, in southeastern Brazil / Adequação da utilização de modelos matemáticos em estudos da dinâmica de decomposição da serapilheira em um Mosaico de Floresta Tropical Atlântica, no sudeste do Brasil

The study of litter decomposition and nutrient cycling is essential to know native forests structure and functioning. Mathematical models can help to understand the local and temporal litter fall variations and their environmental variables relationships. The objective of this study was test the adequacy of mathematical models for leaf litter decomposition in the Atlantic Forest in southeastern Brazil. We study four native forest sites in Parque Estadual do Rio Doce, a Biosphere Reserve of the Atlantic, which were installed 200 bags of litter decomposing with 20×20 cm nylon screen of 2 mm, with 10 grams of litter. Monthly from 09/2007 to 04/2009, 10 litterbags were removed for determination of the mass loss. We compared 3 nonlinear models: 1 – Olson Exponential Model (1963), which considers the constant K, 2 – Model proposed by Fountain and Schowalter (2004), 3 – Model proposed by Coelho and Borges (2005), which considers the variable K through QMR, SQR, SQTC, DMA and Test F. The Fountain and Schowalter (2004) model was inappropriate for this study by overestimating decomposition rate. The decay curve analysis showed that the model with the variable K was more appropriate, although the values of QMR and DMA revealed no significant difference (p> 0.05) between the models. The analysis showed a better adjustment of DMA using K variable, reinforced by the values of the adjustment coefficient (R2). However, convergence problems were observed in this model for estimate study areas outliers, which did not occur with K constant model. This problem can be related to the non-linear fit of mass/time values to K variable generated. The model with K constant shown to be adequate to describe curve decomposition for separately areas and best adjustability without convergence problems. The results demonstrated the adequacy of Olson model to estimate tropical forest litter decomposition. Although use of reduced number of parameters equaling the steps of the decomposition process, no difficulties of convergence were observed in Olson model. So, this model can be used to describe decomposition curves in different types of environments, estimating K appropriately.

O estudo da ciclagem de nutrientes através da decomposição de serapilheira é essencial para conhecer a estrutura e funcionamento das florestas tropicais nativas. Em decorrência da sua dependência de variáveis ambientais, o uso de modelos matemáticos pode ajudar a compreender as variações locais e temporais da decomposição do folhedo. O objetivo deste estudo foi testar a adequação dos modelos matemáticos para avaliar a dinâmica da decomposição da serapilheira em um mosaico de Floresta Tropical Atlântica no sudeste do Brasil. O estudo foi realizado em quatro remanescentes de mata nativa no Parque Estadual do Rio Doce, parte da Reserva da Biosfera da Mata Atlântica, onde se instalou 200 bolsas decompositoras feitas de tela de nylon 20×20 cm de 2 mm, com 10 gramas de serapilheira recém-colhida. Mensalmente, de 09/2007 a 04/2009, 10 litterbags foram removidos por área, para limpeza, secagem e posterior determinação da perda de massa. Comparamos três modelos não lineares: 1 – Modelo exponencial de Olson (1963), que considera a constante K, 2 – Modelo proposto por Fountain and Schowalter (2004), 3 – Modelo proposto por Coelho e Borges (2005), que considera a variável K através do QMR, SQR, SQTC, DMA e Teste F. O modelo de Fountain and Schowalter (2004) mostrou-se inadequado por superestimar a taxa de decomposição. A análise mostrou que a curva de decaimento do modelo com K variável foi o mais adequado, embora os valores de QMR e DMA não revelaram nenhuma diferença significativa (p> 0,05) entre os modelos. A análise mostrou um melhor ajustamento do DMA usando a variável K, que foi reforçada com os valores do coeficiente de calibração (R2). No entanto, problemas de convergência foram observados neste modelo, que não foi capaz de estimar com precisão os valores “outliers” para cada área de estudo, o que não ocorreu com o modelo de Olson. Entretanto, parece que os problemas de não convergência podem estar relacionados ao ajuste não linear dos dados de massa por tempo, utilizados para gerar o modelo. Quando submetido ao ensaio de parâmetros iguais, o modelo com K constante (Olson, 1963) mostrou-se adequado para descrever a curva de decomposição por áreas de estudo separadamente, de modo que o seu melhor ajuste não compensou os problemas de convergência encontrados. Os resultados demonstraram a aptidão do modelo proposto por Olson (1963) para estimar a decomposição de serapilheira de florestas tropicais, mesmo que eventualmente não detecte diferenças entre as etapas do processo de decomposição. Este modelo não apresenta dificuldades de convergência, permitindo descrever as curvas de decomposição em diferentes tipos de ambientes, estimando os valores de K mais apropriadamente e com mais acurácia.

Functional diversity, soil features and community functioning: a test in a cerrado site / Diversidade funcional, características edáficas e funcionamento de comunidade: teste em um sítio de cerrado

Community functioning may be affected by functional diversity, which measures the extent of complementarity in resource use. We tested whether there was a relationship between functional diversity of woody species and community functioning on a fine scale, using FD as a measure of functional diversity and litter decomposition rate as a surrogate for community functioning. We measured eight functional traits from a woodland cerrado community in southeastern Brazil. Then, we tested the correlation between FD and the decomposition rate taking into account differences in soil features and between decomposition rate and each trait separately. The decomposition rate was related to the aluminium and phosphorus concentration in soil, but not to FD, pointing out that functional diversity was not a good predictor of community functioning. There was a non-significant relationship between FD and the decomposition rate even when we considered each trait separately. Most studies in the relationships between biodiversity and community functioning on fine scales were carried out by experimental manipulation of diversity and in temperate regions. We carried out this fine scale study as a mensurative experiment and in a tropical savanna. Our findings indicated that the relationship between biodiversity and community functioning is not as straightforward as usually assumed.

O funcionamento das comunidades deve ser afetado pela diversidade funcional, uma vez que esta mede a extensão da complementaridade no uso de recursos. Testamos se havia relação entre diversidade funcional das espécies arbóreas e o funcionamento da comunidade em escala fina, usando a FD como medida de diversidade funcional e a taxa de decomposição da serapilheira como indicadora do funcionamento. Medimos oito traços funcionais de plantas arbóreas em uma comunidade de cerrado no sudeste do Brasil. Testamos a correlação entre a FD e as taxas de decomposição, considerando diferenças nas variáveis edáficas e entre as taxas de decomposição e cada traço, separadamente. As taxas de decomposição se mostraram relacionadas com as concentrações de alumínio e fósforo, e não com a FD, indicando que a diversidade funcional não é uma boa preditora do funcionamento da comunidade. Não houve relação significativa entre FD e decomposição, mesmo quando consideramos cada traço separadamente. A maioria dos estudos sobre a relação entre diversidade e funcionamento em escalas finas foi desenvolvida por meio da manipulação experimental da diversidade e em regiões temperadas. Nossos resultados indicaram que a relação entre biodiversidade e funcionamento das comunidades não é tão direta como se assume usualmente.