Produção de biomassa podada em sistemas agroflorestais sucessionais: equações alométricas e influência da identidade e diversidade funcional

Abstract

Diante de todos os desastres ambientais que o planeta vem sofrendo, fica claro a necessidade de mudarmos nossos hábitos. A agricultura convencional tem participação significativa no impacto causado a natureza, principalmente através do desmatamento e uso indiscriminado da terra. Frente a isso, sistemas agrícolas alternativos vêm ganhando espaço entre pesquisadores e agricultores, como é o caso da agroecologia e dos sistemas agroflorestais - SAFs. Os sistemas agroflorestais são sistemas capazes de consorciar espécies arbóreas com plantas herbáceas, arbustivas, culturas agrícolas e forrageiras, utilizando de conceitos ecológicos amplamente vistos na floresta. Os SAFs ainda geram serviços ecossistêmicos de regulação como conservação da biodiversidade, controle de insetos e plantas invasoras, conservação da água e do solo e sequestro de carbono. A eficiência destes sistemas está associada a produção de biomassa, a qual é depositada sobre o solo do SAF através de podas periódicas. Esse manejo é capaz de acelerar a sucessão natural e o ciclo produtivo. Apesar deste manejo ser de extrema importância, ainda existem lacunas no seu entendimento, como a influência quantitativa da abundância ponderada da estrutura funcional sobre a produtividade da biomassa. Esta pesquisa tem como objetivo construir equações alométricas para estimativa de produção de biomassa podada e entender a influência da estrutura funcional na produção de biomassa podada em sistemas agroflorestais sucessionais através da diversidade e identidade funcional. Esta pesquisa foi desenvolvida em parcelas permanentes de sistemas agroflorestais sucessionais com estrutura funcional controlada experimentalmente na Fazenda Experimental da Ressacada ? UFSC em Florianópolis, Santa Catarina, Brasil. O experimento possui 18 parcelas com dimensão de 9x9m e é constituído de 5 faixas, sendo 1 faixa central com espécies arbóreas, 2 faixas internas e 2 externas com espécies adubadeiras. As espécies que compõem o experimento são: Inga semialata, Psidium cattleianum, Schinus terebinthifolia, Citharexylum myrianthum, Guazuma ulmifolia, Trema micrantha, Erythrina speciosa, Musa spp, Saccharum officinarum, Pennisetum purpureum e Cajanus cajan. Para as equações alométricas foram utilizados modelos lineares polinomiais aninhados tendo como variável resposta a biomassa podada e como variáveis preditoras diâmetro e comprimento do galho podado. Para entender a influência dos atributos funcionais, foram utilizados modelos de efeitos mistos, tendo a biomassa podada como variável resposta e identidade funcional (CWM- Community Weighted Mean) e diversidade funcional (Rao) como variáveis preditoras e as faixas e blocos como efeitos aleatórios. Como resultados foram desenvolvidas equações alométricas capazes de estimar produção de biomassa podada de cada galho para todas as espécies do experimento. As equações obtidas apresentaram bons ajustes com coeficientes de determinação entre 0.73 (Pennisetum purpureum) e 0.96 (Trema micrantha), erro dos resíduos padronizados menores que 1% e erros relativos abaixo de 10%. Sobre a estrutura funcional, os resultados mostraram que 4 atributos orientam mais intensamente a produção de biomassa podada em SAFs, são a altura máxima das plantas (H), densidade especifica do caule (SSD) e concentração de nitrogênio foliar (LNC), área foliar especifica (SLA). Em relação a identidade funcional, o aumento de H e LNC ponderados pela comunidade impactam positivamente a produção de biomassa podada, enquanto que o aumento SSD diminui a produtividade. Em relação a diversidade, a diversidade ponderada pela comunidade de H e LNC entre espécies consorciadas aumentou a produção de biomassa podada. Sendo assim, para maximizar a produção de biomassa em sistemas agroflorestais sucessionais o arranjo de espécies deve contemplar alta diversidade interespecífica de alturas e LNC, além de priorizar espécies altas com características aquisitivas (por exemplo, alto LNC e SLA) e investimento relativamente baixo em características estruturais (por exemplo, baixo SSD). A partir desses resultados, é possível estimar de forma eficiente e não destrutiva a biomassa disponível para poda das espécies estudadas, auxiliando o produtor a decidir o melhor momento para a poda. Isso poderia permitir a produção otimizada de biomassa e acelerar tanto o ciclo de produção quanto os processos sucessionais. Compreender o impacto da estrutura funcional poderia, assim, ajudar no desenvolvimento de diretrizes generalizáveis para a escolha de combinações de espécies, densidades de plantio e o momento das intervenções de manejo para otimizar a produtividade da biomassa para diversos fins.

Abstract: Given all the environmental disasters that the planet has been suffering, the need to change our habits is evident. Conventional agriculture plays a significant role in the impact caused on nature, mainly through deforestation and indiscriminate land use. In face of this situation, alternative agricultural systems have been gaining ground among researchers and farmers, as is the case of agroecology and agroforestry systems - SAF. Agroforestry systems are capable of intercropping tree species with herbaceous plants, shrubs, agricultural and forage crops, using ecological concepts widely seen in the forest. SAFs also generate regulating ecosystem services such as biodiversity conservation, insect and invasive plant control, soil and water conservation, and carbon sequestration. The efficiency of these systems is associated with the production and periodic pruning of biomass, which is deposited on the soil surface within the SAF. This management is capable of accelerating the natural succession and the production cycle. Although this management is extremely important, there are still gaps in its understanding, such as the quantitative influence of the abundance-weighted functional trait structure on biomass productivity. This research aims to build allometric equations to estimate pruned biomass production and understand the influence of functional trait structure on pruned biomass production in successional agroforestry systems through diversity and functional identity. This research was carried out in permanent plots of successional agroforestry systems with experimentally controlled functional trait structure at the Ressacada Experimental Farm of ? UFSC in subtropical Florianópolis, Santa Catarina, Brazil. The experiment has 18 plots of 9x9m each and consists of 5 strips, 1 central strip with tree species, 2 internal and 2 external strips with green manure species. The species that make up the experiment are: Inga semialata, Psidium cattleianum, Schinus terebinthifolia, Citharexylum myrianthum, Guazuma ulmifolia, Trema micrantha, Erythrina speciosa, Musa spp, Saccharum officinarum, Pennisetum purpureum and Cajanus cajan. For the allometric equations, nested polynomial linear models were used with destructively harvested pruned biomass as response variable and stem diameter and pruned branch length as predictor variables. To understand the influence of functional traits, mixed effects models were used, with pruned biomass as response variable and functional identity (CWM - Community Weighted Mean) and functional diversity (Rao) as predictor variables and strips and blocks as random effects. As results, allometric equations capable of estimating pruned biomass production of each branch were developed for all species in the experiment. The equations presented good fits with coefficients of determination between 0.73 (Pennisetum purpureum) and 0.96 (Trema micrantha), with standardized residual error of less than 1% and relative errors below 10%. Regarding the functional structure, the results showed that 4 traits most strongly predicted the production of pruned biomass in SAF, i.e. the maximum plant height (H), specific stem density (SSD), leaf nitrogen concentration (LNC) and specific leaf area (SLA). In relation to functional identity, increased community-weighted H and LNC positively impacted the productivity of pruned biomass, while an increase in SSD decreased productivity. Regarding functional diversity, the community-weighted diversity in H and LNC among intercropped species increased the production of pruned biomass. Therefore, to maximize biomass production in successional agroforestry systems, the intercrop should encompass high interspecific diversity of heights and LNC, as well as prioritizing tall species with acquisitive traits (e.g. high LNC and SLA) and relatively low investment in structural traits (e.g. low SSD). From these results, it is possible to efficiently and non-destructively estimate the biomass available for pruning of the widespread, studied species, helping the producer to decide the best timing for pruning. This could enable optimized biomass production and accelerate both the production cycle and successional processes. Understanding the impact of the functional structure could thereby help in developing generalizable guidelines for the choice of species combinations, planting densities and the timing of management interventions to optimize biomass productivity for diverse purposes.