Efeito da estrutura de florestas em restauração nas variáveis ambientais de microclima e na disponibilidade hídrica do solo

Abstract

Em ecossistemas florestais degradados, a alteração das condições abióticas, entre elas o microclima e a disponibilidade hídrica do solo, pode ser um dos principais filtros para a colonização de espécies nativas adaptadas ao interior da floresta. Independentemente da técnica de restauração, supõe-se que a maior complexidade estrutural da vegetação contribuirá para a maior interceptação e absorção da radiação solar e para mudanças associadas à temperatura e umidade do ar e do solo. Apesar da importância, esse tema ainda é pouco explorado nas pesquisas com florestas em restauração. Visamos, com este trabalho, avaliar o estado da arte das pesquisas envolvendo estudos microclimáticos e de disponibilidade hídrica no solo em florestas tropicais restauradas, identificando os padrões emergentes de estudo, bem como avaliar o efeito da estrutura da vegetação nestas variáveis ambientais. O primeiro capítulo mostra os resultados de uma revisão sistemática da literatura abordando microclima florestal e restauração. Após realizarmos a prospecção de artigos e analisarmos a quantidade de publicações por ano, país e palavras-chaves, inferimos que a mudança das variáveis microclimáticas tem sido avaliada no contexto da restauração; contudo há necessidade de maior profundidade nas abordagens. Variáveis estruturais, como a cobertura, altura do dossel e a área basal, se destacam como preditoras de mudanças no microclima, indicando a existência de limiares para área basal e cobertura de dossel. No segundo capítulo, avaliamos se diferentes técnicas de restauração e a estrutura da vegetação alteraram a radiação fotossinteticamente ativa (RFA), temperatura do ar (TºC), umidade relativa (UR), déficit de pressão de vapor (DPV) no ar e potencial de água no solo. Testamos as seguintes hipóteses: (I) A estrutura da vegetação em áreas em processo de restauração da floresta estacional semidecidual afeta significativamente as condições microclimáticas e de água no solo; (II) Existem limiares relacionados aos parâmetros de estrutura florestal para estabilização do microclima e da disponibilidade hídrica no solo à medida que a estrutura da vegetação se desenvolve; e (III) Florestas com maior diversidade de espécies possuem condições microclimáticas e de disponibilidade hídrica no solo similares aos fragmentos de referência. Conduzimos esta pesquisa em dois sítios experimentais em Botucatu-SP, onde um experimento instalado entre 1997 e 1998 foram delineados em blocos ao acaso, com três repetições de cinco tratamentos em cada sítio, a saber: restauração passiva (RP), sistema agroflorestal (SAF), consórcio de espécies para madeira e lenha (CML), semeadura direta (SEM) e plantio de alta diversidade (PAD), além da mata nativa de referência (REF). Registramos dados de microclima e potencial de água no solo em quatro épocas, durante um ano, e avaliamos parâmetros estruturais da vegetação. O IAF afetou negativamente a RFA. A altura média do dossel exerceu um efeito negativo no DPV e na TºC máxima, e positivo na UR média. Tanto o IAF quanto à altura média afetou positivamente a UR mínima. Houve a formação de pontos de inflexão nas curvas de regressão do IAF com a TºC e DPV máximo, evidenciando quedas mais acentuadas em ambas as medidas, a partir de uma IAF de 9,3. Somente a TºC máxima e as taxas de RFA foram afetadas pelos tratamentos, os quais se diferiram da mata nativa em relação a RFA diária e máxima, mas se igualaram na TºC máxima com exceção da restauração passiva. O potencial de água no solo não foi afetado significativamente pela estrutura ou pelos tratamentos. Para a RFA, a hipótese de que o PAD seria mais similar à mata de referência não foi confirmada, o que pode ser atribuído à alta heterogeneidade entre as parcelas deste tratamento.

In degraded forest ecosystems, the change in the abiotic conditions, including the microclimate and soil water availability, can be one of the main filters for the colonization of native species adapted to the forest understory. Regardless of the restoration technique, it is assumed that the greater structural complexity of the vegetation will contribute with the increase of interception and absorption of solar radiation and changes associated with the temperature and soil and air humidity. Despite its importance, this topic is still little explored in research with restored forests. We aimed at to evaluate the state of the art of research works involving microclimate and soil water availability in restored tropical forests, identifying patterns of variation, as well as evaluating the effect of vegetation structure on these environmental variables. The first chapter presents a systematic literature review of research papers addressing forest microclimate and restoration. After, analyzing the number of publications per year, country and keywords, we concluded that the change in microclimatic variables during restoration has been analyzed, but not as deep as necessary. Structural variables, such as forest cover, canopy height and basal area, stand out as predictors for changes in the microclimate, indicating the existence of thresholds for basal area and canopy cover. In the second chapter, we evaluated whether different restoration techniques and vegetation structure affect the photosynthetically active radiation (PAR), air temperature (TºC), air relative humidity (ARH), vapor pressure deficit (VPD) and soil water potential (SWP). We tested the following hypotheses: (I) The vegetation structure of restored seasonal tropical forests significantly affects the microclimatic and soil water conditions throughout the year; (II) In restored tropical seasonal forests over 20 year-ages it is already possible to detect forest structure parameters thresholds for microclimate and soil water availability stabilization ; and (III) Forests with higher species diversity have microclimatic conditions and soil water availability similar to the reference forests. We conducted this research at two experimental sites at Botucatu-SP, where an experiment installed between 1997 and 1998 was designed in randomized blocks, with three replications of five treatments at each site, namely: passive restoration (PR), agroforestry system (AS), consortium of species for wood and firewood (CWF), direct seeding (DS) and high diversity planting (HDP), and the monitored native forest of reference (REF). We recorded microclimate data and soil water potential in four periods throughout one year and evaluated the vegetation structural parameters. The IAF negatively affected PAR. Mean canopy height had a negative effect on DPV and maximum TºC, and a positive effect on mean RH. Both LAI and mean height positively affected minimum RH. There was the formation of inflection points in the LAI regression curves with TºC and maximum DPV, showing more accentuated drops in both measures, from an LAI of 9.3. Only the maximum TºC and the PAR rates were affected by the treatments, which differed from the native forest in relation to the daily and maximum PAR, but were equal in the maximum TºC with the exception of the passive restoration. Soil water potential was not significantly affected by structure or treatments. For PAR, the hypothesis that the HDP would be more similar to the reference forest was not confirmed, which can be attributed to the high heterogeneity between plots of this treatment.