Dinâmica de transição e interações entre fitofisionomias florestais e formações vegetacionais abertas do bioma cerrado

Abstract

Apesar da aparente estabilidade e das relações de interdependência que existem entre solos e vegetação, a distribuição de ecossistemas pode ser dinâmica e estar em constante evolução. No bioma Cerrado onde se destaca a complexidade da paisagem, que engloba diversas fitofisionomias florestais e formações vegetacionais abertas, essa possível dinâmica de ecossistemas torna-se ainda mais relevante, dado o contexto atual de mudanças climáticas e a contínua transformação dos ambientes naturais pela atividade humana. No presente estudo foram investigados, em áreas preservadas no Distrito Federal, aspectos relacionados a mudanças na cobertura vegetacional, adaptabilidade de espécies lenhosas e interações entre solos e vegetação, utilizando-se três diferentes abordagens. Na primeira delas, o objetivo foi testar a hipótese de que pode ocorrer expansão florestal sobre áreas de vegetação aberta. Para tanto, foram avaliados transectos estabelecidos em zonas de interface entre o cerrado e as fitofisionomias florestais: cerradão, mata semidecídua e matas de galeria. A análise do índice de área foliar de plantas arbóreas e gramíneas mostrou em todas as transições, mudanças bruscas na estrutura da vegetação, dentro de faixas de 20 m, que tiveram alta correlação com a composição isotópica de carbono, ?13C, da matéria orgânica do solo superficial, que nas fisionomias abertas apresentou assinatura isotópica significativamente mais enriquecida em 13C do que os solos das florestas. Analisando-se essa composição de isótopos em diferentes profundidades dos perfis dos solos, foi demonstrada a expansão das matas de galeria sobre áreas antes ocupadas por vegetação aberta. A datação com 14C indica que essa expansão das matas de galeria teve início há aproximadamente 3000 anos e continuou ocorrendo até pelo menos 390 anos atrás. Por outro lado, a área florestal da mata semidecídua apresentou sinais de redução de sua área, enquanto entre cerradão e cerrado a transição permaneceu estável. Em uma segunda abordagem, as características de espécies florestais, estabelecidas em áreas de cerrado, foram comparadas às de espécies de cerrado do mesmo gênero. Foram avaliados 18 pares congenéricos, amostrados em áreas naturais de vegetação aberta, para testar as hipóteses de que as espécies florestais possuem maior área foliar específica, menor eficiência no uso de água e maior concentração de nutrientes nos tecidos. A área foliar específica foi maior nas espécies florestais e a análise da composição isotópica, ?13C de troncos e folhas, mostrou que não há diferenças significativas na eficiência do uso de água entre gêneros ou entre espécies florestais e de cerrado. Os nutrientes foliares, N, P e K, foram mais elevados nas espécies florestais, enquanto no tronco houve diferença significativa apenas no teor de N, mais elevado nas espécies de cerrado. Foram também verificadas diferenças significativas no teor de nutrientes entre os gêneros estudados e não houve correlação entre nutrientes nas plantas e no solo, apesar dos solos sob as espécies florestais terem apresentado maiores teores de C orgânico e N total, além de uma maior disponibilidade de P e Ca. Na terceira abordagem utilizada foram avaliadas características de espécies lenhosas nativas estabelecidas naturalmente no cerrado e nas fitofisionomias florestais: cerradão, mata semidecídua e matas de galeria. Foram amostradas, ao todo 17 espécies arbóreas, todas encontradas no cerrado e em pelo menos uma das fisionomias florestais, com no mínimo três indivíduos em cada fisionomia. O objetivo desta amostragem foi testar a hipótese de que o teor de nutrientes nos tecidos e a área foliar específica são mais elevados, enquanto a eficiência no uso de água é menor, nos indivíduos estabelecidos em ambientes florestais em comparação com o cerrado. As maiores concentrações de N, P, K, Ca e Mg nos solos foram verificadas na mata semidecídua e as menores no cerradão e no cerrado que não diferiram entre si. As plantas estabelecidas nas fisionomias florestais, inclusive no cerradão, apresentaram maiores concentrações de nutrientes foliares do que as estabelecidas no cerrado. Apenas o Ca teve concentrações correlacionadas nos solos e nas folhas, sendo as plantas da mata semidecídua as que apresentaram os maiores teores. Os menores valores de área foliar específica e a maior eficiência no uso de água foram verificados na comunidade de cerrado. Entre as fisionomias florestais, os maiores valores de área foliar específica e os menores valores de ?13C foram registrados nas matas de galeria, onde as plantas foram menos eficientes no uso de água em comparação à mata semidecídua e ao cerradão. Os nutrientes do tronco e a densidade da madeira não responderam às variações entre ambientes, mas apresentaram diferenças significativas entre as espécies avaliadas. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In spite of the apparent stability of the borders and the interdependence between soil and vegetation, the distribution of ecosystems in nature could be dynamic and in constant evolution. In the Cerrado biome where the complexity of landscape encompasses different forest physiognomies and open vegetation forms, such possible changes become more relevant in the present day context of climate change and constant transformation of natural environments by human interventions. In the present study conducted in preserved areas of natural vegetation in the Federal District of Brazil, aspects related to changes in vegetative cover, adaptations of woody species, and interactions between soil and vegetation were investigated using three different approaches. The objective of the first study was to test the hypothesis that forest expansion could occur at the expense of surrounding open vegetation forms. To test this hypothesis transects established along transitions between the open form of cerrado and three forest physiognomies (two gallery forests, a semideciduous forest and a cerradão) were investigated. Leaf area index of woody species and grasses showed sharp changes in the vegetation structure within 20m of the border into the forest or the cerrado and was correlated with isotopic composition of ?13C of organic matter in the top soil. The top soil of the open cerrado had an isotope signature with significantly higher 13C than forest soils. The isotopic composition of soil organic matter from different depths up to one meter showed that gallery forests were expanding over open cerrado and 14C dating showed that this expansion started around 3000 years ago and continued as recently as 390 years before present. The semideciduous forest, on the other hand, lost area while the cerradão-cerrado boundary remained stable. In the second study, characteristics of forest and cerrado species occurring naturally in the open formation of cerrado were compared. Eighteen pairs of congeneric species were sampled in native cerrado communities to test the hypothesis that forest species growing in open environments have higher specific leaf area, lower water use efficiency and higher nutrient concentrations than their cerrado counterparts. Specific leaf area was higher in forest species but isotopic composition, ?13C data for stems and leaves, did not show any significant differences in water use efficiency between forest and cerrado species. Foliar concentrations of N, P and K were higher in forest species whereas in the case of stems N was higher in cerrado species. Nutrient concentrations varied significantly also among genera and there was no correlation between soil and tissue concentrations of nutrients, although the sites under forest species had higher soil organic matter, total N and available P and Ca. In the third study, characteristics of native species occurring naturally in the open physiognomy of cerrado and different forest formations were compared. Seventeen woody species occurring in the cerrado and at least in one of the forest formations of gallery forest, semideciduous forest or cerradão were sampled to test the hypothesis that nutrient tissue concentrations and specific leaf area were higher and water use efficiency lower in the plants in forest formations than in open cerrado. The highest concentrations of N, P, K, Ca and Mg were found in the soils of semideciduous forest and lowest in the cerradão and cerrado. Trees in forest formations, including cerradão, had higher nutrient concentrations than in the cerrado. Significant soil-plant correlation was observed only in Ca concentrations with the highest tissue concentrations of Ca in the semideciduous forest. Lower specific leaf area and higher ?13C in cerrado was evidence of higher water use efficiency in the open formation than in the forests. Gallery forests had lower water use efficiency than the semideciduous forest and the cerradão. In spite of interspecific variations in stem density and nutrient concentrations there were no significant variations due to vegetation physiognomy.