Soil changes in a subtropical seasonal forest chronosequences in the south of Brazil / Mudanças no solo em cronossequências da floresta estacional subtropical no sul do Brasil

ABSTRACT:The abandonment of field crops and the vegetation recovery in exhausted soils have been a recently studied subject as a way to assess the forest role on the soil recovering. The aim of this study was assess changes in the chemical(14 variables) and grain size (sand, silt, and clay) soil features in four forests chronosequences grew over abandoned field crops in the edge of the Brazilian Southern plateau, Rio Grande do Sul State. There were selected 25 forests aging from 5 to >100 years old in areas of slopes and highlands where samples of Leptosols and Regosols were collected at 15cm in depth. The Fisher's Discriminant Analysis showed that some variable groups of soils can distinguish significantly the soils under different forest ages. Six chemical features of soil fertility were the best monitoring indicators of areas impacted by agriculture. Changes in soil did not occur in a linear way towards time.

RESUMO:O abandono de terras agrícolas e a recuperação da vegetação e dos solos exauridos têm sido um tema recentemente investigado como forma de avaliar o papel da floresta na recuperação do solo. O objetivo deste estudo foi verificar as mudanças nas propriedades químicas (14 variáveis) e granulométricos (areia, silte e argila) em quatro cronossequências florestais originadas após o cultivo agrícola no rebordo do Planalto Meridional, sul do Brasil. Foram selecionadas 25 florestas com idades variando de 5 a >100 anos, localizadas em áreas de encostas e patamares onde amostras de Neossolos Litólicos e Regolíticos Eutróficos foram coletados a 15cm de profundidade. A análise discriminante de Fisher demonstrou que alguns grupos de variáveis dos solos podem distinguir significativamente os solos sob as diferentes idades florestais. Seis atributos químicos relacionados com a fertilidade do solo poderiam ser considerados os melhores indicadores de monitoramento das áreas impactadas pela agricultura. As mudanças no solo não ocorreram de forma linear ao longo do tempo.

Natural forest regeneration in abandoned sugarcane fields in northeastern Brazil: floristic changes / Regeneração natural de mata em áreas de cana abandonadas no nordeste do Brasil: mudanças florísticas

Surveys were undertaken to examine the floristic changes during secondary succession in three areas of 12 and three of 20-year-old secondary forests in Pernambuco State, Brazil. Two hundred and six species were identified, with 136 being found in the 12-year-old secondary forest and 161 species in the 20-year-old forest. Fabaceae and Myrtaceae were the most important families, increasing in species numbers with regeneration age. Of the 216 species, 115 were trees, 48 shrubs, 16 herbaceous plants, and 24 woody lianas, without significant differences between the two regeneration site ages. NMDS analysis revealed a formation of two floristic groups, distinguishing secondary and mature forests, with a further division within secondary forests in accordance with the time since abandonment. Similarity analysis ANOSIM confirmed the significance of the groups, which had floristic composition significant distinct (R=0.96) and 63% of dissimilarity (SIMPER). However, the sharing of 68 arboreal species between the secondary and mature forests suggests a floristic convergence. DCA analysis of the arboreal component as well as the other plant habits suggested that the separation of the subgroups is correlated with physical and chemical variables of the soils. All of these results indicate that, within the chronosequence analyzed, the velocity and direction of the floristic composition during secondary succession was influenced not only by the time of their abandonment, but also by a wide range of environmental variables.

Com objetivo de detectar mudanças florísticas ao longo da sucessão secundária e subsidiar futuros projetos de recuperação florestal foi realizado levantamento florístico de seis áreas de floresta secundária (capoeira) de 12 e 20 anos em Pernambuco. Foram registradas 206 espécies, sendo 136 nas capoeiras de 12 anos e 161 nas de 20 anos. Fabaceae e Myrtaceae foram as famílias mais importantes, aumentando no número de espécies com a idade de regeneração. Do total de espécies, 115 foram árvores, 48 arbustos, 16 herbáceas e 24 trepadeiras, sem diferença significativa por idade de regeneração. Análise de NMDS indicou a separação dos grupos florísticos das florestas maduras e das capoeiras, assim como a formação de subgrupos de capoeiras (SF1-2-3 e SF4-5-6) com idade de regeneração distinta. A análise de similaridade ANOSIM mostrou que os grupos formados apresentaram composição florística significativamente distintas (R = 0.96) e 63% de dissimilaridade (SIMPER). Entretanto, a presença nas capoeiras de 67 espécies em comum com as florestas maduras indicam uma tendência de convergência florística. A análise de DCA do componente arbóreo e dos outros hábitos sugere que a separação dos subgrupos por idade estaria correlacionada com variáveis edáficas físicas e químicas. Todos esses resultados indicam que, numa análise de cronossequência, não apenas o tempo de abandono, mas todas as variáveis ambientais influenciam a velocidade e direção de formação da composição florística durante a sucessão secundária.

Understory structure in two successional stages of a Semi-deciduous Seasonal Forest remnant of Southern Brazil / Estrutura do sub-bosque em duas fases sucessionais de um fragmento de Floresta Estacional Semi-decidual do sul do Brasil

The knowledge of structure and composition of forest strata contributes to understanding the conservation status and dynamics of plant communities. The study of forest understory is important to the knowledge of the succession process. The Seasonal Subtropical Forest remnant named Mato do Silva (27º 55'26" S and 53º 53'15" W) was studied aiming to describe the structure of understory in the late successional forest (LF) and in the young secondary forest (SF), an 11 years old post-agricultural site with canopy dominance of Ateleia glazioveana Baill. The phytosociological survey was carried out through the point quarter method and included individuals of tree and shrub species from 0.5 to 3.0 m of height. The sampling consisted of 384 individuals in LF (67 species) and 284 individuals in SF (20 species). A total of 79 species were observed, and only eight species occurred in both areas. The specific diversity (H') was 3.45 and 2.42 nats in the understory of LF and SF, respectively. The Pielou's evenness index (J) was 0.85 to LF and 0.80 to SF, respectively. Cupania vernalis Camb. and Psychotria leiocarpa Müll. Arg. were the prominent species in the LF while A. glazioveana and Solanum mauritianum Scop. were outstanding in the SF understory. Shade-tolerant and late secondary tree species occurred in large proportion in the LF forest, while pioneers and early secondary tree species predominated in the SF. In addition, certain dominant species in the understory of the SF were absent in the LF understory, such as A. glazioveana, Solanum compressum L. B. Sm. & Downs, Helietta apiculata Bentham and Gledtisia amorphoides (Griseb.) Taubert, which indicates that such species are associated to early stages of forest succession. G. amorphoides is considered an endangered species, and the early successional stages could be necessary for conservation of this species. A decrease in the pH and mineral nutrient levels in the soil was linked to the successional process, indicating the transference of nutrients to the aboveground biomass.

O conhecimento da estrutura e composição dos estratos florestais contribui para a compreensão do estado de conservação e dinâmica das comunidades vegetais. O estudo do estrato inferior florestal é importante para o conhecimento sobre os processos de sucessão. O remanescente de Floresta Subtropical Estacional denominado Mato do Silva (27º 55' 26" S e 53º 53' 15" O) foi estudado objetivando descrever a estrutura do estrato arbustivo na floresta em estádio avançado de sucessão e na floresta secundária, sendo esta formada em uma antiga área agrícola abandonada há 11 anos, e que possui estrato superior dominado por timbó (Ateleia glazioveana Baill.). A amostragem fitossociológica foi realizada através do método de quadrantes e incluiu indivíduos de espécies lenhosas arbustivas e arbóreas entre 0,5 e 3 m de altura. Foram amostrados 384 indivíduos na área de floresta avançada (67 espécies) e 284 na área de floresta secundária (20 espécies). Foram observadas 79 espécies no total, e somente oito ocorreram em ambas as áreas. A diversidade específica (H') foi de 3,45 e 2,42 nats, respectivamente. O índice J de equitabilidade foi 0,85 para LF e 0,80 para SF, respectivamente. Na área de floresta estacional avançada, destacaram-se Cupania vernalis Camb. e Psychotria leiocarpa Müll. Arg., enquanto que na floresta secundária A. glazioveana e Solanum mauritianum Scop. As espécies esciófilas ou secundárias tardias foram dominantes no estrato inferior da floresta estacional avançada, enquanto que na floresta secundária predominaram as espécies arbóreas pioneiras e secundárias iniciais. Além disso, certas espécies dominantes na floresta secundária estão ausentes no estrato inferior da floresta avançada, tais como A. glazioveana, Solanum compressum L. B. Sm. & Downs, Helietta apiculata Benth. e Gledtisia amorphoides (Griseb.) Taubert, o que indica que estas espécies estão associadas a estádios iniciais de sucessão florestal. G. amorphoides é considerada em perigo de extinção, e os estádios sucessionais iniciais podem ser necessários para a conservação desta espécie. Observou-se uma redução do pH e concentração de nutrientes minerais associada ao processo sucessional, o que indica transferência de nutrientes para a biomassa aérea.

Dendrometry and litterfall of neotropical pioneer and early secondary tree species / Dendrometria e produção de serapilheira de espécies arbóreas neotropicais pioneiras e secundárias iniciais

The increased forest cover loss in the tropical and subtropical regions has stimulated the development of restoration methods through tree plantations. Based on the successional model of forest development the use of different successional groups can be seen as a strategy to accelerate the re-composition of forests and an attempt to recover ecological conditions prior to disturbance. Tree species have particular growth rates and ecological needs, and this knowledge is important in the development of high diversity models of forest restoration. The objective of this study was to compare the initial growth and litterfall of native pioneer versus early secondary tree species in a mixed plantation system, and to determine the relationships between guilds and measurements. The comparison among species and guilds was made based on dendrometric and allometric parameters, and in terms of annual litterfall. The study was carried out in the Guarita Indian Area, Tenente Portela, Rio Grande do Sul, Brazil. Dendrometry of seven species was evaluated, including the pioneer tree species Mimosa scabrella Bentham, Trema micrantha (L.) Blume, Schinus molle L., Enterolobium contortisiliquum (Vell.) Morong, and the early secondary tree species Peltophorum dubium (Spreng.) Taub., Cedrela fissilis Vell. and Tabebuia alba (Cham.) Sandwith. The litterfall was quantified for the first six species. The pioneer tree species exhibited higher average height, stem diameter and crown width than the early secondary tree species. The pioneer species (except E. contortisiliquum) showed also higher values of average annual litterfall. A positive interspecific correlation between stem diameter and annual litterfall was observed. The data indicate that the choice of the species and guilds is significant to the quality of the restoration. Nevertheless, the aboveground architecture may depend on species-specific allometric characteristics and a distinction among guilds was not observed.

A perda de cobertura florestal em regiões tropicais e subtropicais tem motivado o desenvolvimento de modelos de restauração florestal através do plantio de espécies arbóreas. Tendo como base o modelo sucessional, o uso concomitante de espécies de diferentes categorias sucessionais pode ser visto como uma estratégia no sentido de acelerar o retorno a condições prévias à perturbação. As espécies arbóreas têm ritmos de crescimento e necessidades ecológicas diferentes e este conhecimento é importante para o desenvolvimento de modelos de restauração florestal com alta diversidade. O objetivo deste estudo foi comparar o crescimento inicial e a queda anual de serapilheira de espécies arbóreas nativas pioneiras e secundárias iniciais em um sistema heterogêneo de plantio, determinando a correlação entre categorias sucessionais e medidas. A comparação entre espécies e categorias foi realizada considerando parâmetros dendrométricos e alométricos, e a queda anual de serapilheira. O estudo foi conduzido na Área Indígena Guarita, Tenente Portela-RS, Brasil, para sete espécies, incluindo as pioneiras arbóreas Mimosa scabrella Bentham, Trema micrantha (L.) Blume, Schinus molle L., Enterolobium contortisiliquum (Vell.) Morong, e as secundárias iniciais Peltophorum dubium (Spreng.) Taub., Cedrela fissilis Vell. e Tabebuia alba (Cham.) Sandwith. A avaliação da produção da serapilheira foi feita nas primeiras seis espécies. As espécies pioneiras apresentaram maiores médias de altura, diâmetro do fuste e largura da copa. As pioneiras (com exceção de E. contortisiliquum) também apresentaram valores médios mais elevados de queda de serapilheira. Uma correlação interespecífica entre diâmetro do caule e produção anual de serapilheira foi observada. Os dados indicam que a escolha das espécies e guildas tem influência significativa sobre a qualidade da restauração. Entretanto, a arquitetura da parte aérea depende das características alométricas específicas das...

Twenty years of post-fire plant succession in a "cerrado", São Carlos, SP, Brazil

Secondary succession in degraded areas is little studied, especially where long-term observation of evolutionary processes is concerned. The aim of this work was to follow the qualitative and quantitative changes in vegetation throughout the regeneration process after fire in a cerrado with forest physionomy. The area under study is a reserve on CPPSE-EMBRAPA's farm, São Carlos region of São Paulo State, Brazil. In 1981, an especially destructive fire eliminated the aerial part of the vegetation and litter. From that time, the vegetation in three permanent quadrats of 2 x 20 m was recorded for twenty years. The results demonstrated the rapid growth of herbs, shrubs, climbers and trees successively, with a great species richness and, after a certain time, a decline in density at a rate similar to the initial recovery. Both the soil seed bank and sprouting subterranean organs played important parts in the recovery of the vegetation. Three phases were observed in the plant succession: plant growth, followed by intraspecific competition with a reduction in the number of individuals and finally interspecific competition with the disappearance of some species from the quadrats. The different populations behaved similarly and the rise and fall in density of each species over time reflected their ecological role.

A sucessão secundária em áreas degradadas é pouco estudada, principalmente em relação ao acompanhamento dos processos evolutivos por longo período. O objetivo deste trabalho foi de verificar as mudanças qualitativas e quantitativas da vegetação durante o processo de regeneração após fogo em um cerrado com fisionomia de cerradão. A área estudada pertence a uma reserva institucional da CPPSE EMBRAPA, São Carlos, SP, Brasil. No ano de 1981 ocorreu um incêndio de proporções elevadas eliminando todo o folhedo e o dossel. O acompanhamento foi realizado em três parcelas fixas de 2 x 20 m ao longo de vinte anos. Os resultados demonstraram um rápido estabelecimento de indivíduos sucessivamente com plantas herbáceas, arbustivas, lianas e arbóreas, uma grande riqueza em espécies e, depois de determinado tempo, uma regressão em densidade na mesma ordem de estabelecimento. O banco de sementes do solo e o rebrotamento subterrâneo tiveram papel importante na recuperação da vegetação. No processo sucessional ocorreram três fases sucessivas: estabelecimento de plantas; competição intra-específica devido ao reajuste no número de indivíduos por espécies e competição interespecífica com a eliminação de algumas espécies das parcelas. As populações analisadas apresentaram padrões semelhantes de comportamento e a maior ou menor densidade ao longo do tempo refletiu o comportamento ecológico das espécies.

Aspects of arbuscular mycorrhizal fungi in an atlantic forest chronosequence parque estadual turístico do Alto Ribeira (petar), SP

Mycorrhizal colonization was assessed in roots of trees within an Atlantic Forest chronosequence, located in the southeastern of São Paulo State, Brazil, inside Tourist State Park of the High Ribeira Valley (PETAR). The phytosociological survey was carried out in three adjacent areas, all on calcareous soil, which correspond to different time intervals during which they have been left abandoned following a slash-and-burn agricultural perturbation. Early Phase (EP) with 15 years; Mid Phase (MP) with 25 years; and Late Phase (LP) with more than 36 years without clear-cut. The inventory indicated a continuum of tree species substitution, which is dominated by species of Leguminosae, especially Piptadenia gonoacantha (Mart.) J.F. Macbr. (Mimosoideae) in the earlier successional phases. Mycorrhizal colonization, estimated by the occurrence of the mycorrhizal structures in the tree species roots, diminished during the season with less rain (winter), and showed no significant differences between successional phases in the wet season (summer). Rather, the mycorrhizal colonization was correlated with occurrence of the tree’s successional status: being positively correlated with occurrence of pioneer species, and negatively correlated with late secondary species. Mycorrhizal colonization was also correlated negatively with soil organic matter and base saturation. Twenty five species of arbuscular mycorrhizal fungi belonging to four genera were identified. Six species were only identified to generic level. The species Glomus etunicatum Becker & Gerd. represented 10% of the total number of spores and occurred in all phases and seasons, while the genus Glomus represented 57% of the total of spores found in the rhizosphere. The diversity indices evaluated for the mycohrriza community were: H’ = 2.3, J’ = 0.97 and R = 4.12. These results are a contribution to the knowledge of The Atlantic Forest biodiversity and may have implications to support programs regarding rehabilitation of degraded vegetation in one of the World’s most threatened Biomes.

Foi levantada a ocorrência de colonização por micorriza nas raízes das espécies arbóreas que dirigem a sucessão secundária sobre solo calcário em uma área localizada no Parque Estadual Turístico do Alto Ribeira (PETAR), sudeste do Estado de São Paulo, Brasil. O levantamento fitossociológico foi realizado em três áreas justapostas correspondentes a diferentes idades de abandono após cultivo de subsistência sobre um solo calcário: Fase Inicial com 15 anos; Fase Intermediaria com 25 anos e Fase Tardia com mais de 36 anos sem corte raso. O inventário indicou a predominância de espécies da família das leguminosas, especialmente Piptadenia gonoacantha (Mimosoideae) nos estágios iniciais de sucessão. A ocorrência de colonização por micorriza nas raízes das espécies arbóreas decresceu ao longo da sucessão durante a estação com menos chuva (inverno). Durante o período de verão, estação mais úmida, a colonização não apresentou diferenças significativas entre as fases de sucessão. A colonização por micorriza nas raízes apresentou correlação com a ocorrência de diferentes estratégias de regeneração entre as espécies arbóreas: positivamente com o aumento de ocorrência de espécies pioneiras e negativamente com espécies secundárias tardias. A colonização apresentou também correlação negativa com o conteúdo de matéria orgânica e saturação de bases no solo. Foram identificadas 25 espécies de fungos micorrizicos arbusculares pertencentes a quatro gêneros, e seis espécies apenas foram identificadas ao nível de gênero. A espécie Glomus etunicatum Becker & Gerd. representou 10 % dos esporos encontrados na rizosfera das amostras analisadas, tendo ocorrido em todas as fases sucessionais e estações. O gênero Glomus representou 57% do total de esporos. Os índices de diversidade para a comunidade de fungos micorrizicos indicaram os seguintes valores: H’ = 2.3, J’ = 0.97 e R = 4.12. Estes resultados são importantes contribuições para um melhor conhecimento da biodiversidade da Mata Atlântica e podem ser decisivos no sucesso de ações para a reabilitação de áreas degradadas neste que é um dos biomas mais ameaçados do planeta.