Balanço de carbono e trocas gasosas nos diferentes compartimentos em plantios de eucalipto

Abstract

O balanço de carbono em ecossistemas florestais é representado pela produção primária líquida, definida como a diferença entre a energia química fixada pela fotossíntese e a perda entre respiração heterotrófica e autotrófica e a mortalidade. O entendimento destes processos é crítico para predizer os efeitos do ambiente no crescimento da planta. O presente estudo teve por objetivo investigar as trocas de CO2 e vapor d água em escalas de órgãos da planta, de dosséis e por medidas no solo, buscando avaliar as variações temporais de forma contínua e em medidas pontuais e os efeitos da sazonalidade climática em plantios de eucaliptos em diferentes idades. Para isto, foram utilizados equipamentos que coletam dados em alta freqüência, a partir de técnicas de razão isotópica e do sistema eddy covariance presente em duas torres micrometeorológicas em plantios de eucalipto localizados no Estado do Mato Grosso do Sul. As medidas abrangeram as idades de 0 18 meses (eucalipto jovem) e 49 a 65 meses (eucalipto adulto). A absorção do CO2 da atmosfera foi crescente a partir do plantio das mudas no campo. Em idades mais jovens, são verificadas as maiores taxas de fixação, determinada pela produtividade primária bruta e respiração de CO2, provavelmente devido ao crescimento mais acelerado, observado por maiores incrementos de biomassa. Maiores fluxos respiratórios de CO2 foram mensurados em folhas e raízes das plantas nestas idades. No plantio adulto, os fluxos de CO2 apresentam um sensível aumento ao longo do tempo, reduzido na estação seca, sendo as folhas, o órgão com maior atividade respiratória, assim como nos plantios jovens. A resposta da planta ao clima é evidenciada pelo incremento do fluxo de CO2 com as maiores médias observadas nos valores diários da fotossíntese líquida, condutância estomática e da transpiração nas épocas de maiores disponibilidades hídricas e de energia. Também observou-se a influência da sazonalidade climática nas medidas biométricas do índice de área foliar e da área foliar específica. Em épocas secas, verifica-se que o plantio jovem foi mais eficiente no uso da água em relação ao adulto, o que facilita a aclimatação da planta em continuar a incorporação de carbono. As medidas de respiração do solo mostraram-se correlacionadas positivamente à temperatura do solo, sendo também influenciadas pelo conteúdo de água presente no solo. Comparando o resultado gerado pela influência do clima na razão isotópica (δ 13C) dos fluxos respiratórios, observa-se que em geral, os órgãos da planta e o solo apresentaram maiores discriminações na estação chuvosa. Não houve diferença estatística entre o δ13C de nenhum dos órgãos avaliados nos plantios jovem e adulto na estação chuvosa, diferente das folhas e os galhos na estação seca. A contribuição particionada dos indivíduos autotróficos e heterotróficos gerada a partir dos valores de δ13C em uma análise de mistura sugeriu que 51,7% é relacionado à parte aérea do ecossistema e logo, 48,3% é provida da respiração do solo e seus componentes. As metodologias utilizadas contribuíram com maior entendimento do balanço de carbono e a relação solo-planta-atmosfera e mostraram-se eficiente para avaliar as fontes contribuidoras do fluxo respiratório de ecossistemas de eucalipto.

The carbon balance in forest ecosystems is represented by the net primary production, which is defined as the difference between the chemical energy fixed by photosynthesis and the loss between heterotrophic and autotrophic respiration and mortality. Understanding these components and the factors that regulate the species is critical to predicting the effects of the environment on plant growth. The objective of the present study was to investigate the CO2 and water vapor exchanges in plant organs from integrated canopies and by measurements on the soil, continuously and specifically evaluating the temporal variations and the effects of climate seasonality on eucalyptus plantations at different ages. For this purpose, we utilized tools for high-frequency data collection by the isotope ratio and eddy-covariance system techniques present in two micrometeorological towers in eucalyptus plantations located in the Central-West region of Brazil, more specifically in the state of Mato Grosso do Sul. Soon after planting, a growing increase in the absorption of CO2 from the atmosphere was observed, indicating that the plant increased its carbon fixation. At younger ages they presented higher fixation rates, determined by the gross primary productivity and respiration of CO2 most likely accumulated due to the more accelerated growth, verified by the greater biomass increments. Higher CO2 flows were found in the leaves and roots at these ages. In the adult age, CO2 flows presented a marked increase over time, reduced in the dry season; as in the young plantations, the leaves accounted for respiratory activity. Response of the plant to the climate was demonstrated by its increased CO2 flow, and the highest daily values for net photosynthesis rate, stomatal conductance and transpiration were observed in the periods of greater water and energy availabilities. Climatic seasonality was also found to affect the biometric measurements of the leaf area index and specific leaf area. In dry periods, the young plantation more efficiently utilized water than the adult plantation, which facilitates acclimatization of the plant to allow for carbon incorporation to continue, avoiding excessive water loss. Measures of soil respiration showed to be correlated with the soil temperature, and they were also affected by the soil water content. When comparing the result generated by the influence of climate on the isotope ratio (δ13C) of the air flows, we observed that the plant organs and the soil generally showed greater discriminations in the rainy season. There were no statistical differences between the δ13C of any of the organs evaluated in the young and adult plantations during the rainy season. This result differs for the leaves and branches in the dry season. The partitioned contribution of the autotrophic and heterotrophic individuals generated from the δ13C values in a mixed analysis suggested that 51.7% is related to the aerial part of the ecosystem, and thus 48.3% is from respiration of the soil and its components. The adopted methodologies contributed to better understanding of the carbon balance and the soil-plant- atmosphere relation, and showed to efficiently evaluate the sources that contribute to the air flow in eucalyptus ecosystems.