Modeling rhizosphere carbon and nitrogen cycling in Eucalypts

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Valadares, Rafael Vasconcelos
• Orientador(a): Neves, Júlio César Lima
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Programa de Pós-Graduação: Solos e Nutrição de Plantas
• Área do conhecimento CNPq: Ciência do Solo
• Link de acesso: https://locus.ufv.br//handle/123456789/29362

O papel destes compostos tem sido estudado visando elucidar os benefícios da transferência de matéria/energia das árvores para os microrganismos da rizosfera. Atualmente, sabe-se que os resultados da interação entre as árvores e a microbiota podem ser positivos, neutros ou negativos, a depender da espécie vegetal, população microbiana associada e do ambiente. Em última instância, o saldo dessas interações pode determinar a taxa de crescimento dos povoamentos e, até mesmo, a permanência ou não de uma dada espécie no ambiente. Nesse particular, o efeito da ativação de populações microbianas rizosféricas pelas rizosdeposições, o chamado efeito priming rizosférico, tem sido o foco de muitas pesquisas. Esse processo desencadeia mudanças na estrutura e na atividade das comunidades rizosféricas que repercutem na dinâmica de decomposição e formação da matéria orgânica do solo (MOS). No caso específico dos solos sob eucalipto, esse processo ocorre predominantemente no sentido de acelerar a decomposição da MOS e, por conseguinte, tem um retorno positivo para a planta, aumentando o suprimento de nitrogênio para as árvores (M. D. Costa, informação pessoal 1 ). A despeito disso, ainda não existem modelos matemáticos que quantifiquem esse processo para as plantações florestais do gênero Eucalyptus. Dessa forma, a presente tese teve por objetivo desenvolver um modelo mecanístico para estimar a ciclagem de carbono (C) e nitrogênio (N) no solo rizosférico de agroecossistemas com essas árvores. Para a elaboração dessa representação matemática, levou-se em conta que o sistema rizosférico é inteiramente dependente da atividade das raízes. Por isso, não faria sentido sua modelagem sem a predição do crescimento das mesmas e a estimativa do processo de rizodeposição. Sendo assim, teve-se também como objetivo do presente trabalho a apresentação e o aprimoramento de um modelo de crescimento para o eucalipto na plataforma de modelos agrícolas APSIM (next generation). Tal modelo tem, entre outras vantagens, a maior sensibilidade ao fator solo, o que inclui o efeito do suprimento de N por processos de mineralização e de decomposição do litter. No capítulo I, procurou-se apresentar uma revisão de literatura sobre os principais assuntos da temática em estudo, de forma que o leitor pudesse entender os processos e os fatores que estão relacionados à representação matemática da ciclagem de C e N na rizosfera. Na sequência, no capítulo II, realizou-se a apresentação e a validação do modelo APSIM Eucalyptus para 12 sítios florestais, sendo que nove deles apresentam localização geográfica no Brasil e os outros três estão localizados na Austrália. O modelo APSIM apresentou tratamento satisfatório dos processos de crescimento, considerando as diversas condições climáticas e edáficas e os diferentes manejos culturais. Todavia, visando aprimorar a sua performance, sugeriram- se ajustes com relação à partição de carbono para as raízes, bem como a inserção de outras limitações nutricionais além do N, e outros fluxos de nutrientes, a exemplo daqueles que ocorrem no ambiente da rizosfera. O capítulo III foi dedicado à elaboração conceitual, apresentação, avaliação e análise de sensibilidade do modelo Forest Plantation Rhizosphere Available Nitrogen (ForPRAN) para estimativas dos fluxos de mineralização de C e N no solo rizosférico. Como resultado, observou-se que o desempenho do modelo foi satisfatório quantitativamente e qualitativamente quando comparado aos dados observados na literatura. As variáveis de entrada que mais influenciaram a mineralização rizosférica do N foram (em ordem de importância decrescente): diâmetro da raiz > espessura da rizosfera > temperatura do solo > teor de argila. A mineralização rizosférica de N em plantação típica de eucalipto produzindo 42 m³ ha -1 a -1 de massa de parte aérea, com perdas de N assumidas de 40 % por processos diversos, foi estimada em 24,6 % da demanda de N do plantio (parte aérea+raiz+litter). A partir disso, concluiu-se que o modelo de ciclagem de rizosfera deve ser considerado para adaptação de outros modelos de produção florestal e agrícola, como o APSIM Eucalyptus, onde a inclusão de tais processos oferece o potencial de melhorar o desempenho das estimativas. Por fim, o capítulo IV foi elaborado com o objetivo de testar, por meio da modelagem matemática, a hipótese de que o efeito priming da rizosfera (RPE) é quantitativamente importante para a nutrição nitrogenada do eucalipto. Para testar essa hipótese, foi simulado o crescimento do eucalipto utilizando o modelo geral de APSIM Eucalyptus e os processos de rizosfera utilizando o modelo ForPRAN. Foi projetado o crescimento do eucalipto em quatro locais, sendo dois no Brasil - Aracruz/ES e Curvelo/MG - e outros dois na Austrália - Wagga Wagga/NSW e Coffs Harbour/NSW. No final de sete anos de rotação simulada, considerando a ciclagem na camada de 0-20 cm de profundidade, estimou-se que 12, 11, 10 e 5 % do volume de solo total foi ocupado pela rizosfera nos sítios de Aracruz, Coffs Harbour, Wagga Wagga e Curvelo, respectivamente. Como resultado da rizodeposição, o modelo ForPRAN sugere nos quatro locais aumento na biomassa microbiana (BM) rizosférica, cujos valores BM médios estiveram entre 70,3 μg cm -3 e 246,1 μg cm -3 de C. Em geral, o RPE tem potencial para explicar de 15 a 38 % do N acumulado no ecossistema florestal (parte aérea+raiz+litter), considerando as situações estudadas. Temperaturas e volumes de precipitação mais elevados contribuem para maior suprimento de N por meio da mineralização rizosférica, em valores absolutos, nos sítios brasileiros do que nos australianos, o que também explica parte da menor limitação por N nas plantações de eucalipto no Brasil.