ATLÂNTICA DA SERRA DO MAR, NÚCLEOS PICINGUABA, SANTA VIRGÍNIA E CARAGUATATUBA DO PARQUE ESTADUAL DA SERRA DO MAR, SP
CAMPINAS 2017
RESUMO
Produção e decomposição de serapilheira e composição química do solo e da serapilheira na Floresta Ombrófila Densa Atlântica da Serra do Mar, Núcleos Picinguaba, Santa Virgínia e Caraguatatuba do Parque Estadual da Serra do Mar, SP
Este trabalho foi realizado em quatro áreas da Floresta Atlântica todos no Parque Estadual da Serra do Mar (PESM), duas das áreas pertencem ao Núcleo Caraguatatuba em altitude Submontana e Montana, onde ambas estão sob influência da Unidade de Tratamento de Gás de Caraguatatuba (UTGCA), em áreas bem próximas a este grande empreendimento e ao grande tráfego de veículos daquela região que liga todo o litoral norte aos grandes centros, portanto são áreas consideradas INFLUENCIADAS Sub 1 e Mont 1, e as outras duas áreas de coletas as quais são consideradas neste trabalho áreas controle Sub 2 e Mont 2, e são comparadas com as áreas do Núcleo Caraguatatuba, a área de altitude Submontana está situada no Núcleo Picinguaba e a Montana no Núcleo Santa Vírginia. Desta forma, foram coletados dados para verificar a produção de serapilheira, a taxa de decomposição da serapilheira, a composição nutricional da serapilheira e composição nutricional do solo destas quatro áreas. Os objetivos do estudo é realizar uma comparação entre as áreas Sub 1 e Mont 1 com Sub 2 e Mont 2, para verificar se são mensuráveis impactos relacionados ao funcionamento da UTGCA. Foram utilizados 40 coletores de serapilheira de 0,22 m2 com coletas quinzenais por um período de 24 meses, de janeiro/2014 a dezembro/2015. As amostras foram separadas em folhas, galhos, material reprodutivo e miscelânea, pesadas e moídas para as análises dos teores de N, P, K, Ca e Mg. A produção anual de serapilheira total em 2014 para as áreas de Sub 1 foi de 5,55 Mg.ha- 1, e para Sub 2 5,96 Mg.ha-1, para Mont 1 foi de 4,95 Mg.ha-1, e para Mont 2 5,43 Mg.ha-1, em 2015 para as áreas de Sub 1 foi de 5,25 Mg.ha-1, e para Sub 2 6,21 Mg.ha-1, para Mont1 4,47 Mg.ha-1, para Mont 2, 5,34 Mg.ha-1, havendo maior produção de serapilheira nas áreas Sub 2 e Mont 2 controle. A produção de serapilheira teve influência da precipitação na área Sub 2 em 2015, onde houve maior produção de acordo com o aumento da precipitação naquela área. Os valores de taxa de decomposição anual foi coletado em 2014 e foram: Sub 1 com K 0,72, para Sub 2 1,8, para Mont 1 K foi 1,44, para Mont 2 1,08, mostrando a menor decomposição para área Mont 1, valor que pode ter influência do aumento de poluição da área e da menor produção de serapilheira. As composições químicas para folhas tiveram seus teores nutricionais maiores para áreas que tiveram maiores produções de serapilheira e maiores concentrações no verão quando relacionado com as outras estações do ano. Para os resultados dos solos não encontramos diferenças entre os nutrientes dos solos destas áreas comparadas Sub 1 com Sub 2 e Mont 1 com Mont 2. Estas comparações foram úteis ao trabalho, pois é descrito no trabalho
que o funcionamento da UTGCA pode estar depositando maiores concentrações de nutrientes no solo, e que mesmo que ainda não causam alterações no funcionamento da floresta precisam ser acompanhados para monitoramento das possíveis alterações a longo prazo.
ABSTRACT
Production and decomposition of litter and chemical composition of soil and litter in the Atlantic Dense Ombrophylous Forest of Serra do Mar, Nucleus Picinguaba, Santa Virginia and Caraguatatuba of Serra do Mar State Park, SP
This work was carried out in four areas of the Atlantic Forest all of which are not Serra do Mar State Park (PESM), two of which belong to the Caraguatatuba Nucleus at Submontana and Montana, where they are under the influence of the Caraguatatuba Gas Treatment Unit (UTGCA ), In areas very close to this great enterprise and to the great vehicular traffic of that region that connects all the north coast to great centers, therefore they are considered areas INFLUENCED Sub 1 and Mont 1, and like other two areas of collections like which are considered In the work areas control Sub 2 and Mont 2, and are compared as areas of the Núcleo Caraguatatuba, an area of submontana altitude is located in Núcleo Picinguaba and Montana in Núcleo Santa Vírginia. In this way, data were collected to verify litter production, litter decomposition rate, litter nutritional composition and soil nutrient composition. The objectives of the study are to make a comparison between the Sub 1 and Mont 1 areas with Sub 2 and Mont 2, to verify if measurable impacts are related to the operation of UTGCA. We used 40 litter collectors of 0.22 m2 with biweekly collections for a period of 24 months, from January 2014 to December 2015. As samples were separated into leaves, branches, reproductive and miscellaneous material, weighed and milled for analysis of the contents of N, P, K, Ca and Mg. The annual production of total litter in 2014 for Sub 1 areas was 5.55 Mg.ha-1, and for Sub 2 5.96 Mg.ha-1, for Mont 1 it was 4.95 Mg.ha-1, and for Mont 2 5.43 Mg.ha-1, in 2015 for the areas of Sub 1 was 5.25 Mg.ha-1, and for Sub 2 6.21 Mg.ha-1, for Mont 1 4 , 47 Mg.ha-1, for Mont 2, 5.34 Mg.ha-1, with higher litter production in Sub 2 and Mont 2 control areas. The litter production was influenced by precipitation in the Sub 2 area in 2015, where there was higher production according to the increase of precipitation in that area. The annual decomposition rate values were collected in 2014 and were: Sub 1 with K 0,72, for Sub 2 1,8, for Mont 1 K was 1,44, for Mont 2 1,08, showing the lowest decomposition for Area Mont 1, which may be influenced by increased area pollution and reduced litter production. The chemical compositions for leaves had their nutritional contents higher for areas that had higher litter production and higher concentrations in the summer when related to the other seasons of the year. For the soil results we did not find differences between the nutrients of the soils of these areas compared Sub 1 with Sub 2 and Mont 1 with Mont 2. These comparisons were useful to the work because it is described in the work that the operation of UTGCA may be depositing
higher concentrations of nutrients in the soil, and that even though they do not cause changes in forest functioning, they must be monitored for possible long-term changes.
INTRODUÇÃO
O detrito orgânico e a serapilheira podem ser definidos como os vários tipos de material biogênico em diversos estágios de decomposição, sendo o detrito usado para estudos de ecossistemas aquáticos enquanto a serapilheira é utilizada para sistemas terrestres (Mason 1980). Neste último caso, é usual utilizar o termo em inglês "litterfall", que em português significa ‘produção de serapilheira’, ambos representando o processo de transferência ou queda do material de origem biótica formando a serapilheira florestal (MELLO 1995). Esta serapilheira é formada por materiais como: folhas, fragmentos de casca, galhos, flores, frutos, miscelânea (i.e. outras partes, não identificadas, que caem no solo da floresta) e até mesmo por dejetos e restos de animais. Embora a maior parte desta biomassa tenha origem vegetal, a animal também tem sua importância na transferência de nutrientes para o solo, contribuindo para a formação da camada superior de detritos orgânicos que cobre o solo da floresta (Mason 1980, Koehler 1989).
Dentre as frações da serapilheira, a fração folha geralmente é a mais representada, correspondendo, em média, a 60% da serapilheira em florestas tropicais (Martins, 2010). Segundo Hinkel (2002), está maior proporção de folhas é bastante evidente nas regiões tropicais, ocorrendo como reação ao aumento de sombra associado à competição dentro e entre as copas das árvores. Esta fração da serapilheira, além de ser a mais rica em nutrientes, é também a via mais rápida de retorno destes nutrientes para a planta e, provavelmente, está maior porcentagem de queda de folhas é uma estratégia das árvores para a utilização de seus nutrientes para seu próprio crescimento (Martins 2010).
Ao ser depositada no solo da floresta, a serapilheira pode gerar mudanças no ambiente físico e químico, trazendo, por exemplo, alterações na disponibilidade de nutrientes, na temperatura do solo e na disponibilidade de luz do interior florestal, ajudando ainda a entender a ciclagem dos nutrientes no ecossistema (Facelli and Pickett 1991). Além disso, a serapilheira, ao fazer tais modificações no ambiente, pode influenciar tanto a germinação de sementes quanto o estabelecimento de plântulas na floresta (Facelli and Pickett 1991, Portela and Santos 2007), até mesmo porque, a serapilheira que é acumulada na floresta possibilita uma variedade de nichos para a fauna, flora e microrganismos do solo (Santos 1989). Por fim, outras funções importantes da serapilheira são o isolamento térmico e a retenção de água, funcionando como uma atenuadora de efeitos erosivos, filtro e esponja da água da atmosfera (Molchanov 1963, Santos 1989, Caldeira 2003).
É importante destacar que a serapilheira estocada sobre a superfície do solo corresponde a um sistema, cuja entrada de material se dá via produção, enquanto a saída ocorre através do
processo de decomposição. Com isso, a serapilheira vai acumulando sobre o solo até que ocorram as mesmas quantidades de produção e decomposição, de modo que a serapilheira acumulada passa a oscilar em torno de um valor médio, que pode ser considerado como um estado de equilíbrio (Olson 1963, Facelli and Pickett 1991). Em florestas tropicais a espessura da camada de serapilheira geralmente é pequena, já que, por questões ligadas ao clima, a decomposição e a produção são reconhecidamente rápidas (Silva, Britez et al. 1994, Caldeira 2003, Trevisan 2013).
A produção de serapilheira é influenciada, em geral, por fatores como latitude, altitude, precipitação e evapotranspiração, além de fatores edáficos e biológicos, como estrutura, idade e composição florística da vegetação (Sousa Neto, Carmo et al. 2011). Dentre estes, se destaca
o regime hídrico, representado pela precipitação regional. Já o acúmulo de serapilheira, além de ser afetado por todos os fatores que influenciam a produção, também depende dos fatores que influenciam a decomposição (Bray & Gorham 1964, Caldeira 2003). As taxas de decomposição, por sua vez, são determinadas pela composição física e química do tecido vegetal, mas também pela aeração, temperatura e umidade do solo e, principalmente, pelos microrganismos do solo (Caldeira 2003). Quando a atividade destes microrganismos decompositores é afetada, por exemplo, por poluentes atmosféricos (SANTOS 1997), temos geralmente uma diminuição das taxas de decomposição e um consequente acúmulo de serapilheira no solo. Diversos trabalhos realizados em áreas de Floresta Atlântica consideradas poluídas, por exemplo, tiveram baixos valores de taxa de decomposição (Santos, 1997).
O processo de decomposição é, portanto, um dos mais importantes processos envolvidos na ciclagem de nutrientes, fazendo a regulagem e tornando os nutrientes disponíveis para as plantas. Nele é formado o húmus, ou seja, matéria orgânica escurecida, homogênea e muito rica em polifenóis e nitrogênio. Esta formação do húmus tem um papel importante na estrutura do solo, oferecendo capacidade de retenção de água e capacidade de troca iônica, além de proporcionar o estoque de carbono e nutrientes nos sistemas florestais (Melillo, Aber et al. 1982, Brady 1983). Esta é, portanto, a principal via de transferência de nutrientes da vegetação para o solo, sendo uma das mais importantes vias do ciclo biogeoquímico (Aidar, Schmidt et al. 2003, Blum 2014). Este ciclo biogeoquímico que ocorre na floresta, juntamente com o ciclo bioquímico que ocorre no interior das plantas, promovem a síntese de matéria orgânica via fotossíntese, reciclando assim os nutrientes (Caldeira 2003).
Desta forma, fica evidente que a serapilheira é o meio mais importante de transferir nutrientes para o solo da floresta, principalmente Carbono (C), Nitrogênio (N), Fósforo (P), Potássio (K), Cálcio (Ca) e Enxofre (S) (FREITAS 2000, Pagano, Durigan et al. 2000, König,
Schumacher et al. 2002). Estes nutrientes disponíveis no solo da floresta têm uma composição muito variável dependendo das características do ambiente, uma vez que sua disponibilidade é controlada por fatores abióticos (Pagano, Durigan et al. 2000). O clima pouco sazonal da Mata Atlântica, por exemplo, pode favorecer a estratégia de perda e reposição de poucas folhas durante o ano, influenciando na disponibilidade destes nutrientes (Talora & MORELLATO 2000). Além disso, o teor de nutrientes nos componentes da serapilheira está relacionado com as espécies vegetais e suas características nutricionais, fenologia e quantidade de serapilheira produzida (Wisniewski & Holtz 1997).
Nesse contexto, é sabido que processos de antropização podem gerar diversos desequilíbrios no funcionamento de florestas antes preservadas, afetando inclusive a produção e a decomposição da serapilheira. Percebemos isso em situações onde ocorrem aumentos na deposição de gases poluentes, pois as plantas podem assimilar estes poluentes disponíveis na atmosfera e no solo, podendo gerar consequências até mesmo para a florística destas áreas. Além disso, podem ocorrer mudanças nas taxas de decomposição da serapilheira, uma vez que este processo depende da atividade dos microrganismos decompositores, que por sua vez podem sofrer alterações no seu metabolismo com a presença destes poluentes. Além dos gases poluentes, intervenções de outra natureza também podem repercutir negativamente no funcionamento destas florestas. Ao contrastar a produção de serapilheira de florestas maduras com florestas secundárias, verifica-se que florestas secundárias são menos eficientes quanto ao retorno dos nutrientes para o solo (Brown & Lugo 1990) e que estas demoram, em geral, de 40 a 50 anos para restaurar a quantidade de matéria orgânica de uma floresta madura (Brown 1997). Nesse processo, fatores como a presença de nutrientes no solo, temperatura e precipitação influenciam na recuperação dos valores originais de matéria orgânica destas florestas outrora preservadas.
Tais estudos evidenciam o potencial destas florestas em armazenar carbono no solo e na serapilheira, de modo que sua conservação se faz relevante tanto em termos econômicos quanto ambientais (PAIXÃO, Soares et al. 2006). Nesse sentido, é extremamente importante verificarmos o funcionamento destas florestas, e em particular a decomposição da serapilheira, quantificando os nutrientes que retornam ao solo através deste processo. Para compreender o fluxo de nutrientes em associação com a queda de serapilheira é essencial compreender como ocorre o funcionamento biogeoquímico e a dinâmica dos ecossistemas, uma vez que a manutenção dos sistemas naturais estão ligados com a ciclagem dos minerais (Hinkel 2002). Desta forma, é necessário avaliar os tipos de solos e a fertilidade dos mesmos, levando em
consideração que o solo é o principal provedor de nutrientes para as plantas e, consequentemente, para o ecossistema como um todo (Martins 2010).
O Parque Estadual da Serra do Mar (PESM, sudeste do Brasil) abriga o maior fragmento de Floresta Ombrófila Densa Atlântica, contando com aproximadamente 332.000 ha de floresta contínua em alto grau de preservação (Joly, Martinelli et al. 2008). Este parque está inserido em diversos cenários do gradiente altitudinal da Serra do Mar, os quais correspondem a diferentes fisionomias, desde a Floresta de Restinga, situada na cota 0 de altitude ao nível do mar, passando pela Floresta de Terras Baixas (5 a 100 m) e pela Floresta Submontana (100 a 600 m), até a Floresta Montana (600 a 2000 m) e a Floresta Alto-Montana, situada acima dos limites da Floresta Montana (Veloso, Rangel Filho et al. 1991). Desta forma, é importante conhecer o funcionamento desta floresta em relação à produção e decomposição da serapilheira, além da composição química deste componente e do solo para que seja possível mitigar possíveis impactos e elaborar estratégias para a conservação destas diferentes fitofisionomias. Até mesmo porque, mesmo estes remanescentes considerados como áreas preservadas não estão livres de impactos antropogênicos.
A emissão de gases por parte dos grandes funcionamentos industriais é um dos fatores antrópicos que tem enorme potencial de impactar mesmo florestas abrigadas em unidades de conservação, uma vez que a circulação livre destes gases na atmosfera permite uma influência em escala regional. Nesse sentido, em 2011 foi implantada próxima ao Núcleo Caraguatatuba do PESM (Caraguatatuba/SP) uma Unidade de Tratamento de Gás (UTGCA) da empresa de petróleo brasileira (Petrobras) que visa à captação de gás de uma plataforma marítima. Este grande empreendimento pode estar causando impactos diretos com a liberação de gases poluentes, mas também indiretos, como aumento de fluxo de veículos e urbanização geral daquela região. Desta maneira, ao aumentar as emissões de gases para a atmosfera, este empreendimento poderá alterar a dinâmica florestal gerando impactos ao funcionamento das florestas adjacentes.
Trabalhos como os de Domingos et al. (2000), Hinkel (2002) e Santos (1997) mostram que a poluição causada por grandes empreendimentos causa danos tanto à fauna quanto à flora. Estudos realizados em áreas próximas à Cubatão/SP, por exemplo, verificaram alterações na produção e decomposição da serapilheira causadas pela grande poluição depositada naquela região (DOMINGOS, LOPES et al. 2000). Nesse contexto, o presente trabalho buscou investigar a produção e decomposição de serapilheira de quatro trechos de Floresta Atlântica do Parque Estadual da Serra do Mar (PESM), sendo duas áreas próximas à UTGCA, consideradas como ‘áreas sob potencial influência’ (trecho do Núcleo Caraguatatuba), e duas
áreas distantes da usina, mas em altitudes correspondentes e que foram consideradas como ‘áreas controle’ (trechos dos Núcleos Picinguaba e Santa Virgínia). Em ambas as áreas - sob potencial influência e controle - o estudo foi conduzido tanto em Floresta Ombrófila Densa (FOD) Submontana, quanto em FOD Montana durante 24 meses (janeiro/2014 a dezembro/2015).
Com isso, um dos objetivos deste trabalho foi comparar a produção de serapilheira das áreas consideradas sob influência da UTGCA com a produção das áreas controle, já que este possível aumento na deposição de gases próximo à usina poderia estar alterando o funcionamento deste compartimento da floresta. Aliado a isso, avaliamos se a precipitação estaria influenciando no sentido de aumentar a produção de serapilheira, já que é comum a queda de folhas e galhos durante eventos de tempestade. Da mesma maneira, verificamos se a temperatura e a precipitação estariam influenciando também no processo de decomposição da serapilheira, e se a decomposição das áreas próximas à UTGCA diferia em relação às áreas consideradas controle, uma vez que os poluentes oriundos da usina poderiam estar alterando estas taxas de decomposição através da influência direta sobre os microrganismos decompositores. Por fim, investigamos ainda se a composição química da serapilheira diferiu entre as áreas de mesma altitude.
Desta forma, diante de um contexto de mudanças climáticas globais, este trabalho visa contribuir com o entendimento quanto ao funcionamento das florestas tropicais através de informações a respeito da produção e decomposição da serapilheira e composição dos nutrientes químicos desta e do solo em áreas de Floresta Atlântica sob influência de possíveis aumentos de CO2 atmosférico.
MATERIAL E MÉTODOS
Amostragem e caracterização da área de estudo
Este estudo foi realizado durante o período de janeiro/2014 a dezembro/2015 em quatro áreas amostrais localizadas na Floresta Atlântica da Serra do Mar no Estado de São Paulo, sudeste do Brasil (Figura 1A). Duas destas áreas estão localizadas dentro do Núcleo Caraguatatuba (NCR) do Parque Estadual da Serra do Mar (PESM; município de Caraguatatuba/SP) e próximas à Unidade de Tratamento de Gás de Caraguatatuba (UTGCA), pertencente à Petrobrás. Já as outras duas áreas estão situadas nos Núcleos Picinguaba (NPC; Ubatuba/SP) e Santa Virgínia (NSV; São Luís do Paraitinga/SP) do mesmo parque, porém distantes da UTGCA, sendo consideradas como áreas controles. Em cada uma das situações - próximo e afastado da UTGCA - o estudo foi conduzido em um local de Floresta Ombrófila Densa (FOD) Submontana (Veloso et al. 1991) e um local de FOD Montana (sensu Veloso et al. 1991).
Em cada um dos quatro locais estudados, a amostragem foi realizada em parcelas de 1- ha já estabelecidas pelo projeto ‘BIOTA’ para acompanhamento do funcionamento das florestas da região da Serra do Mar (ver Joly et al. 2012). A parcela AC (23° 38’ S, 45° 30’ W), localizada na área de FOD Submontana, tem entre 107 e 140 m de altitude, com 3 km de distância da UTGCA, enquanto a parcela BC (23° 35’ S, 45° 31’ W), localizada na área de FOD Montana, está situada entre 790 e 812 m acima do nível do mar, com 7,4 km de distância da UTGCA (Figura 1B). Os dados obtidos nestas áreas foram então contrastados com os dados das áreas afastadas da UTGCA: a parcela E (23°20’ S, 44°49’ W) tem entre 64 a 89 m de altitude e está localizada a 80,2 km de distância da UTGCA, representando o controle de FOD Submontana, enquanto a parcela K (23° 17' a 23° 24' S, 45° 03' a 45° 11' W), situada entre 1040 e 1100 m de altitude e a 45 km de distância da UTGCA, representou o controle de FOD Montana (Figura 1C). Visando à simplificação dos termos, de agora em diante denominaremos a parcela AC de Submontana 1 (Sub 1); a parcela controle E de Submontana 2 (Sub 2), a parcela BC de Montana 1 (Mont 1) e a parcela controle K de Montana 2 (Mont 2).
Em ambas as áreas o clima regional é clima é úmido subtropical com verões quentes tipo Cfa (Koeppen 1948), mas enquanto a temperatura média anual na área Submontana é de 25ºC, na área Montana a média anual é de 20,4ºC. A região recebe em torno de 2500 mm.ano- 1 de precipitação média anual (Alves et al. 2010). No entanto, no ano de 2014 houve uma diminuição nos índices pluviométricos da região, tanto para área Submontana, que registrou uma precipitação de 1.267 mm neste ano contra 2.114 mm em 2015, (Centro integrado de
Informações Agrometeorológicas, CIIAGRO - Caraguatatuba/SP) quanto para área Montana, que registrou um total de 650 mm contra 3.405 mm em 2015 (CIIAGRO - represa de Paraíbuna/SP).