Asymbiotic nitrogen fixation in the phyllosphere of the Amazon forest: Changing nitrogen cycle paradigms

Biological nitrogen fixation is a key process for the maintenance of natural ecosystems productivity. In tropical forests, the contribution of asymbiotic nitrogen fixation (ANF) to the nitrogen (N) input has been underestimated, even though few studies have shown that ANF may be as important as symbiotic nitrogen fixation in such environments. The inputs and abiotic modulators of ANF in the Amazon forest are not completely understood. Here, we determined ANF rates and estimated the N inputs from ANF in the phyllosphere, litter and rhizospheric soil of nine tree species in the Amazon forest over time, including an extreme drought period induced by the El Niño-Southern Oscillation. Our data showed that ANF rates in the phyllosphere were 2.8- and 17.6-fold higher than in the litter and rhizospheric soil, respectively, and was highly dependent on tree taxon. Sampling time was the major factor modulating ANF in all forest compartments. At the driest period, ANF rates were approximately 1.8-fold and 13.1-fold higher than at periods with higher rainfall, before and after the extreme drought period, respectively. Tree species was a key modulator of ANF in the phyllosphere, as well as N and Vanadium concentrations. Carbon, molybdenum and vanadium concentrations were significant modulators of ANF in the litter. Based on ANF rates at the three sampling times, we estimated that the N input in the Amazon forest through ANF in the phyllosphere, litter and rhizospheric soil, was between 0.459 and 0.714 kg N ha^-1 yr^-1. Our results highlight the importance of ANF in the phyllosphere for the N input in the Amazon forest, and suggest that changes in the patterns of ANF driven by large scale climatic events may impact total N inputs and likely alter forest productivity.

Influência da superabundância por Aulonemia aristulata (Bambuseae) sobre o banco de sementes transitório em um fragmento de Floresta Atlântica

Resumo Este estudo avaliou a estrutura e composição de espécies no banco de sementes transitório em duas áreas de mata atlântica do Parque Estadual Fontes do Ipiranga: uma área onde o bambu nativo Aulonemia aristulata é superabundante e outra área sem bambus, ambas localizadas em um fragmento de floresta secundária do Domínio da Mata Atlântica. Nossa hipótese foi a de que o banco de sementes transitório da área onde o bambu é superabundante possui menor número de sementes e diminuição da riqueza de espécies comparada á área sem bambu. Se confirmada a hipótese, sugerimos que isso deve limitar o processo de regeneração florestal por meio do banco de sementes transitório, o que deve contribuir para a perpetuação do bambu e para a manutenção do estado de distúrbio. Coletamos, em cada área, 45 amostras de serapilheira e separamos, quantificamos e identificamos as sementes no menor nível taxonômico possível. Na área de superabundância de bambu encontramos menor riqueza de espécies e maior proporção de espécies exclusivas. Entretanto, não encontramos diferenças na abundância de sementes no banco transitório entre as duas áreas. Nossos resultados mostraram que a distribuição espacial de sementes na área onde o bambu é superabundante foi mais limitada que na área sem bambu uma vez que cerca de 50% das amostras coletadas na área com bambu não apresentaram nenhuma semente. Não foi possível comprovar se a redução na riqueza de espécies foi consequência da menor densidade de espécies arbóreas na área ou efeito da superabundância de bambus. A diminuição da riqueza de espécies e a limitação espacial no banco de sementes transitório encontrada na área onde o bambu é dominante sugerem a diminuição da contribuição desta via de regeneração da vegetação.

Florística e fitossociologia em parcelas permanentes da Mata Atlântica do sudeste do Brasil ao longo de um gradiente altitudinal

Este trabalho resume os dados de florística e fitossociologia de 11, das 14 parcelas de 1 ha, alocadas ao longo do gradiente altitudinal da Serra do Mar, São Paulo, Brasil. As parcelas começam na cota 10 m (Floresta de Restinga da Praia da Fazenda, município de Ubatuba) e estão distribuídas até a cota 1100 m (Floresta Ombrófila Densa Montana da Trilha do rio Itamambuca, município de São Luis do Paraitinga) abrangendo os Núcleos Picinguaba e Santa Virgínia do Parque Estadual da Serra do Mar. Na Restinga o solo é Neossolo Quartzarênico francamente arenoso, enquanto que na encosta o solo é um Cambisolo Háplico Distrófico argilo-arenoso, sendo que todas as parcelas apresentaram solo ácido (pH 3 - 4) com alta diluição de nutrientes e alta saturação de alumínio. Na Restinga e no sopé da encosta o clima é Tropical/Subtropical Úmido (Af/Cfa), sem estação seca, com precipitação média anual superior a 2.200 mm e temperatura média anual de 22 ºC. Subindo a encosta mantêm-se a média de precipitação, mas há um gradativo resfriamento, de forma que a 1.100 m o clima é Subtropical Úmido (Cfa/Cfb), sem estação seca, com temperatura média anual de 17 ºC. Destaca-se ainda que, quase diariamente, a parte superior da encosta, geralmente acima de 400 m, é coberta por uma densa neblina. Nas 14 parcelas foram marcados, medidos e amostrados 21.733 indivíduos com DAP > 4,8 cm, incluindo árvores, palmeiras e fetos arborescentes. O número médio de indivíduos amostrados nas 14 parcelas foi de 1.264 ind.ha-1 (± 218 EP de 95%). Dentro dos parâmetros considerados predominaram as árvores (71% FOD Montana a 90% na Restinga), seguidas de palmeiras (10% na Restinga a 25% na FOD Montana) e fetos arborescentes (0% na Restinga a 4% na FOD Montana). Neste aspecto destaca-se a FOD Terras Baixas Exploradas com apenas 1,8% de palmeiras e surpreendentes 10% de fetos arborescentes. O dossel é irregular, com altura variando de 7 a 9 m, raramente as árvores emergentes chegam a 18 m, e a irregularidade do dossel permite a entrada de luz suficiente para o desenvolvimento de centenas de espécies epífitas. Com exceção da FOD Montana, onde o número de mortos foi superior a 5% dos indivíduos amostrados, nas demais fitofisionomias este valor ficou abaixo de 2,5%. Nas 11 parcelas onde foi realizado o estudo florístico foram encontradas 562 espécies distribuídas em 195 gêneros e 68 famílias. Apenas sete espécies - Euterpe edulis Mart. (Arecaceae), Calyptranthes lucida Mart. ex DC. e Marlierea tomentosa Cambess (ambas Myrtaceae), Guapira opposita (Vell.) Reitz (Nyctaginaceae), Cupania oblongifolia Mart. (Sapindaceae) e as Urticaceae Cecropia glaziovii Snethl. e Coussapoa microcarpa (Schott) Rizzini - ocorreram da Floresta de Restinga à FOD Montana, enquanto outras 12 espécies só não ocorreram na Floresta de Restinga. As famílias com o maior número de espécies são Myrtaceae (133 spp), Fabaceae (47 spp), Rubiaceae (49) e Lauraceae (49) ao longo de todo gradiente da FOD e Monimiaceae (21) especificamente nas parcelas da FOD Montana. Em termos de número de indivíduos as famílias mais importantes foram Arecaceae, Rubiaceae, Myrtaceae, Sapotaceae, Lauraceae e na FOD Montana, Monimiaceae. Somente na parcela F, onde ocorreu exploração de madeira entre 1960 e 1985, a abundância de palmeiras foi substituída pelas Cyatheaceae. O gradiente estudado apresenta um pico da diversidade e riqueza nas altitudes intermediárias (300 a 400 m) ao longo da encosta (índice de Shannon-Weiner - H' - variando de 3,96 a 4,48 nats.indivíduo -1). Diversas explicações para este resultado são apresentadas neste trabalho, incluindo o fato dessas altitudes estarem nos limites das expansões e retrações das diferentes fitofisionomias da FOD Atlântica durante as flutuações climáticas do Pleistoceno. Os dados aqui apresentados demonstram a extraordinária riqueza de espécies arbóreas da Floresta Ombrófila Densa Atlântica dos Núcleos Picinguaba e Santa Virgínia do Parque Estadual da Serra do Mar, reforçando a importância de sua conservação ao longo de todo o gradiente altitudinal. A diversidade desta floresta justifica também o investimento de longo prazo, através de parcelas permanentes, para compreender sua dinâmica e funcionamento, bem como monitorar o impacto das mudanças climáticas nessa vegetação.

Florestas de restinga e de terras baixas na planície costeira do sudeste do Brasil: vegetação e heterogeneidade ambiental

Foram avaliadas semelhanças florísticas entre duas fisionomias de Floresta Atlântica na região costeira do Brasil, denominadas Floresta de Restinga e Floresta das Terras Baixas. A hipótese era que, devido à diferença nos processos geomorfológicos, essas duas florestas difeririam em variáveis físico-químicas dos solos, composição florística, biomassa aérea e produção de serapilheira. O trabalho foi conduzido em uma área de 1 ha (100 × 100 m) em cada tipo de floresta, no município de Ubatuba, São Paulo. Foram registrados e medidos todos os indivíduos arbóreos com DAP > 4,8 cm e coletadas amostras de solo e serapilheira. As análises de agrupamento e de ordenação indicaram que os solos e principalmente a flora distribuem-se como grupos bem definidos, concordando com a hipótese de distinção entre as duas florestas. A diversidade de espécies foi maior (p < 0.0001) na Floresta de Terras Baixas (H' = 4,00 nats.indivíduo-1) do que na Restinga (H' = 3,38 nats.indivíduo-1). No entanto, a produção de serapilheira e a biomassa não diferiram (p > 0,05) entre as duas florestas. Esse aparente paradoxo poderia ser explicado supondo-se que, uma vez que espécies diferentes consigam se estabelecer na Restinga ou nas Terras Baixas e encontrem um espectro favorável de condições e recursos, elas tenderiam a persistir e se desenvolver naquele local; nesse caso, embora as condições edáficas difiram entre as duas áreas, cada espécie responderia de modo particular a essas variações, de modo que as florestas poderiam atingir valores semelhantes de biomassa e produção de serapilheira. É provável que o filtro ambiental condicionado pelos solos esteja sendo importante para a forte separação florística entre essas duas florestas.

Estimation of biomass and carbon stocks: the case of the Atlantic Forest

The main objective of this paper is to present and discuss the best methods to estimate live above ground biomass in the Atlantic Forest. The methods presented and conclusions are the products of a workshop entitled "Estimation of Biomass and Carbon Stocks: the Case of Atlantic Rain Forest". Aboveground biomass (AGB) in tropical forests is mainly contained in trees. Tree biomass is a function of wood volume, obtained from the diameter and height, architecture and wood density (dry weight per unit volume of fresh wood). It can be quantified by the direct (destructive) or indirect method where the biomass quantification is estimated using mathematical models. The allometric model can be site specific when elaborated to a particular ecosystem or general that can be used in different sites. For the Atlantic Forest, despite the importance of it, there are only two direct measurements of tree biomass, resulting in allometric models specific for this ecosystem. To select one or other of the available models in the literature to estimate AGB it is necessary take into account what is the main question to be answered and the ease with which it is possible to measure the independent variables in the model. Models that present more accurate estimates should be preferred. However, more simple models (those with one independent variable, usually DBH) can be used when the focus is monitoring the variation in carbon storage through the time. Our observations in the Atlantic Forest suggest that pan-tropical relations proposed by Chave et al. (2005) can be confidently used to estimated tree biomass across biomes as long as tree diameter (DBH), height, and wood density are accounted for in the model. In Atlantic Forest, we recommend the quantification of biomass of lianas, bamboo, palms, tree ferns and epiphytes, which are an important component in this ecosystem. This paper is an outcome of the workshop entitled "Estimation of Biomass and Carbon Stocks: the Case of Atlantic Rain Forest", that was conducted at Ubatuba, São Paulo, Brazil, between 4 and 8 December 2006 as part of the Brazilian project "Ombrophylus Dense Forest floristic composition, structure and function at the Núcleos Picinguaba and Santa Virginia of the Serra do Mar State Park", BIOTA Gradiente.