Biomass and nutrient cycling in pure and mixed stands of native tree species in southeastern Bahia, Brazil

Abstract

The objective of this paper is to study selected components of the nutrient cycle of pure and mixed stands of native forest species of Atlantic Forest in southeastern Brazil. Tree diameter, height, above-ground biomass, and nutrient content were determined in 22-year-old stands. Litterfall, litter decomposition, and nutrient concentration were evaluated from August 1994 to July 1995. The following species were studied: Peltogyne angustiflora, Centrolobium robustum, Arapatiella psilophylla, Sclerolobium chrysophyllum, Cordia trichotoma, Macrolobium latifolium. The litter of a natural forest and a 40-year-old naturally regenerated second-growth forest was sampled as well. The mixed-species outmatched pure stands in height, stem volume and total biomass (29.4 % more). The greatest amount of forest litter was observed in the natural forest (9.3 Mg ha-1), followed by the mixed-species stand (7.6 Mg ha-1) and secondary forest (7.3 Mg ha-1), and least litterfall was measured in the pure C. robustum stand (5.5 Mg ha-1). Litterfall seasonality varied among species in pure stands (CV from 44.7 to 91.4 %), unlike litterfall in the mixed-tree stand, where the variation was lower (CV 31.2 %). In the natural and second-growth forest, litterfall varied by 57.8 and 34.0 %, respectively. The annual rate of nutrient return via litterfall varied widely among forest ecosystems. Differences were detected between forest ecosystems in both the litter accumulation and quantity of litterlayer nutrients. The highest mean nutrient accumulation in above-ground biomass was observed in mixed-species stands. The total nutrient accumulation (N + P + K+ Ca + Mg) ranged from 0.97 to 1.93 kg tree-1 in pure stands, and from 1.21 to 2.63 kg tree-1 in mixed-species stands. Soil fertility under mixed-species stands (0–10 cm) was intermediate between the primary forest and pure-stand systems. The litterfall rate of native forest species in a mixed-species system is more constant, resulting in a more continuous decomposition rate. Consequently, both nutrient availability and quantity of organic matter in the soil are higher and the production system ecologically more sustainable.

O objetivo deste trabalho foi avaliar alguns componentes da ciclagem de nutrientes em plantios puros e misto de espécies florestais nativas. O trabalho foi desenvolvido em solos de tabuleiro do sudeste da Bahia, Brasil, no período de agosto de 1994 a julho de 1995, em plantios com 22 anos de idade de pau-roxo (Peltogyne angustiflora), putumuju (Centrolobium robustum), arapati (Arapatiella psilophylla), arapaçu (Sclerolobium chrysophyllum), claraíba (Cordia trichotoma) e óleo-comumbá (Macrolobium latifolium). Como referências, foram utilizadas uma floresta secundária, praticamente em estado clímax, e uma capoeira de 40 anos de idade. O sistema de plantio misto proporcionou maior crescimento das espécies florestais em altura e volume de tronco e aumento médio de 29,4 % de biomassa total. A maior produção de folhedo ocorreu na floresta natural (9,3 Mg ha-1), seguida do plantio misto (7,6 Mg ha-1) e da capoeira (7,3 Mg ha-1). A menor produção de folhedo no plantio puro foi do putumuju (5,5 Mg ha-1). A sazonalidade da produção de folhedo variou entre as espécies nos plantios puros (CV 44,7 a 91,4 %), ao passo que o plantio misto apresentou menor variabilidade (CV 31,2 %). A variação na floresta natural foi de 57,8 % e, na capoeira, de 34,0 %. A taxa de aporte anual de nutrientes via folhedo variou amplamente entre os ecossistemas florestais. Constataram-se, também, diferenças na acumulação e na quantidade de nutrientes da serapilheira entre os ecossistemas florestais. O plantio misto proporcionou, em média, os maiores acúmulos de nutrientes na biomassa da parte aérea. As espécies apresentaram amplitude na acumulação de nutrientes (N + P + K+ Ca + Mg) de 0,97 a 1,93 kg árvore-1 nos plantios puros e de 1,21 a 2,63 kg árvore-1 no plantio misto. A fertilidade do solo (0–10 cm) sob as espécies implantadas nos sistemas puro e misto diferiu marcadamente em relação à dos ecossistemas da capoeira e da floresta natural. O plantio de espécies florestais nativas em sistema misto resulta em taxa de produção de folhedo mais constante e, conseqüentemente, numa contínua decomposição deste. Assim, ele aumenta a disponibilidade de nutrientes e a quantidade de matéria orgânica no solo, o que pode ser caracterizado como um sistema de produção ecologicamente mais sustentável.