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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.59.2022.tde-29062023-140152
Document
Author
Full name
Alexandre Tadeu Brunello
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2022
Supervisor
Committee
Domingues, Tomas Ferreira (President)
Camargo, Plinio Barbosa de
Guerra, Maria Daniely Freire
Menezes, Rômulo Simões Cezar
Nardoto, Gabriela Bielefeld
Souza, José João Lelis Leal de
Title in English
Soils and their effects on Brazilian Caatinga vegetation
Keywords in English
Above-ground biomass
Caatinga
Climatic gradients
Edaphic gradients
Functional traits
Pedogenesis
Semiarid soils
Soil δ15N
Soil parent materials
Soils
Abstract in English
Soil properties have long been overlooked in studies that attempt to disentangle the potential influence of multiple drivers on vegetation properties. This lack of a systematic approach to how soils influence vegetation is markedly evident in studies focusing on seasonally dry tropical forests (SDTFs). An intensive soil and vegetation sampling in 29 study plots across the seasonal dry Caatinga domain (that is, a geographic comparison approach) allowed evaluating variations in several soil properties among three geological affiliations [that is, sedimentary (SSED), metamorphic (SMET) and karst (SKAR)], and investigating to which extent these properties relate to variations in above-ground woody biomass (AGBW), communityweighted mean traits and functional diversity indexes. The soil properties varied systemically among geological affiliations, with some properties, however, showing substantially higher variation than others. For example, weathering-associated metrics such as effective cation exchange capacity (IE) and total reserve bases (ΣRB) were found to decrease following SKAR > SMET > SSED, while total soil phosphorus concentrations ([P]T) were relatively higher at the SKAR sites. Moreover, the distribution of main soil exchange cations (that is, Ca, Mg, K, Na, and Al) in the soil sortive complex reflected the original soil parent materials, with soil base cations being generally higher at the SKAR and SMET sites. In contrast, exchangeable aluminium levels were generally higher at the SSED sites. Nitrogen dynamics, addressed by soil δ15N values, was found to be primarily modulated by climatic forces [that is, aridity index (AI) and the seasonality of the precipitation (Ψ)]. However, a role for IE on soil δ15N values was also suggested, especially at the wetter sites. The AGBW was found to be influenced by both soil and climate. For instance, mean annual precipitation (PA) and soil fertility (represented by calcium) positively influenced AGBW levels. Furthermore, interactions between long-term climatic water deficit (CWD) and both [Ca]ex and the maximum plant-available soil water content (θP) suggest that AGBW in Caatinga is driven by complex interactions. Soil properties were also related to community functional properties, with all community-weighted mean maximum stem diameter (CWMdmax), community-weighted mean wood density (CWMwd), functional richness (FRic), functional evenness (FEve), and functional divergence (FDiv) being influenced by soil properties. In that regard, an inverse relationship was found between soil base cations and CWMwd. In contrast, soil base cations had a positive influence on CWMdmax. Finally, several soil nutritional metrics positively influenced FRic, while only a few elements inversely influenced both FEve and FDiv metrics. These relationships are thought to reflect vegetation trade-offs between investment in secondary growth and water-economy strategies. Collectively, these results provide information on the multiple ways through which soils can affect vegetation structure and functioning.
Title in Portuguese
Solos e seus efeitos na vegetação da caatinga brasileira
Keywords in Portuguese
δ15N do solo
Atributos funcionais
Biomassa acima do solo
Caatinga
Gradientes climáticos
Gradientes edáficos
Materiais de origem do solo
Pedogênese
Solos
Solos semiáridos
Abstract in Portuguese
As propriedades do solo foram negligenciadas por muito tempo em estudos que tentam particionar a influência potencial de múltiplos fatores nas propriedades da vegetação. Essa falta de uma abordagem sistemática sobre como os solos influenciam a vegetação é bastante evidente em estudos com foco em florestas tropicais sazonalmente secas (FTSSs). Uma amostragem intensiva de solo e vegetação em 29 parcelas de estudo em todo o domínio da Caatinga sazonalmente seca (isto é, uma abordam de comparação geográfica) permitiu avaliar variações em várias propriedades do solo entre três afiliações geológicas [ou seja, sedimentar (SSED), metamórfica (SMET) e cárstica (SKAR)] e investigar até que ponto essas propriedades se relacionam com variações na biomassa lenhosa acima do solo (AGBW), atributos funcionais ponderados pela comunidade e índices de diversidade funcional. As propriedades do solo variaram sistemicamente entre as afiliações geológicas, com algumas propriedades, no entanto, exibindo variação substancialmente maior do que outras. Por exemplo, as métricas associadas ao intemperismo, como capacidade efetiva de troca de cátions (IE) e reserva total de bases (ΣRB), diminuíram de acordo com SKAR > SMET > SSED, enquanto as concentrações totais de fósforo no solo ([P]T) foram relativamente mais altas nas áreas SKAR. Além disso, a distribuição dos principais cátions trocáveis (ou seja, Ca, Mg, K, Na e Al) no complexo sortivo do solo refletiu seus respectivos materiais de origem, com teores de cátions básicos sendo geralmente maiores nas áreas SKAR e SMET. Em contraste, os níveis de alumínio trocável foram geralmente mais altos nas áreas SSED. A dinâmica do nitrogênio (N), abordada pelos valores de δ15N do solo, foi modulada principalmente por forças climáticas [isto é, índice de aridez (AI) e sazonalidade da precipitação (Ψ)]. No entanto, um papel para IE sobre os valores de δ15N do solo também foi sugerido, especialmente nos locais mais úmidos. A AGBW foi influenciada tanto pelo solo quanto pelo clima. Por exemplo, a precipitação média anual (PA) e a fertilidade do solo (representada por cálcio) influenciaram positivamente os valores de AGBW. Além disso, as interações entre o déficit hídrico climático de longo prazo (CWD) e tanto à [Ca]ex quanto o teor máximo de água disponível no solo (θP) sugerem que a AGBW na Caatinga é determinada por interações complexas. As propriedades do solo também foram relacionadas às propriedades funcionais da comunidade, com diâmetro máximo do fuste ponderado pela comunidade (CWMdmax), densidade da madeira ponderada pela comunidade (CWMwd), riqueza funcional (FRic), equitabilidade funcional (FEve) e divergência funcional (FDiv) sendo todos influenciadas pelas propriedades do solo. Nesse sentido, foi encontrada uma relação inversa entre cátions básicos do solo e CWMwd. Em contraste, os cátions básicos do solo influenciaram positivamente CWMdmax. Por fim, várias métricas nutricionais do solo influenciaram positivamente o índice FRic, enquanto apenas alguns elementos influenciaram inversamente os índices FEve e FDiv. Acredita-se que essas relações reflitam as compensações da vegetação entre o investimento no crescimento secundário e as estratégias de economia da água. Coletivamente, esses resultados fornecem informações sobre as múltiplas maneiras pelas quais os solos podem afetar a estrutura e o funcionamento da vegetação.
 
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Publishing Date
2023-07-03
 
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