Sustainability of Wood Productivity of Pinus TaedaBased on Nutrient Export and Stocks in the Biomass and in the Soil

• Published in: Revista Brasileira de Ciência do Solo Vol. 39; no. 5; pp. 1416 - 1427
• Main Authors: Sixel, Ricardo Michael de Melo, Arthur Junior, José Carlos, Gonçalves, José Leonardo de Moraes, Alvares, Clayton Alcarde, Andrade, Gabriel Ramatis Pugliese, Azevedo, Antonio Carlos, Stahl, James, Moreira, Antônio Maurício
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Sociedade Brasileira de Ciência do Solo 01.10.2015
• Subjects: ciclagem de nutrientes; fertilidade do solo; manejo florestal
• ISSN: 0100-0683; 1806-9657; 0100-0683
• DOI: 10.1590/01000683rbcs20140297

ABSTRACT The impact of intensive management practices on the sustainability of forest production depends on maintenance of soil fertility. The contribution of forest residues and nutrient cycling in this process is critical. A 16-year-old stand of Pinus taeda in a Cambissolo Húmico Alumínico léptico (Humic Endo-lithic Dystrudept) in the south of Brazil was studied. A total of 10 trees were sampled distributed in five diameter classes according to diameter at breast height. The biomass of the needles, twigs, bark, wood, and roots was measured for each tree. In addition to plant biomass, accumulated plant litter was sampled, and soil samples were taken at three increments based on sampling depth: 0.00-0.20, 0.20-0.40, 0.40-0.60, 0.60-1.00, 1.00-1.40, 1.40-1.80, and 1.80-1.90 m. The quantity and concentration of nutrients, as well as mineralogical characteristics, were determined for each soil sample. Three scenarios of harvesting intensities were simulated: wood removal (A), wood and bark removal (B), and wood + bark + canopy removal (C). The sum of all biomass components was 313 Mg ha-1.The stocks of nutrients in the trees decreased in the order N>Ca>K>S>Mg>P. The mineralogy of the Cambissolo Húmico Alumínico léptico showed the predominance of quartz sand and small traces of vermiculite in the silt fraction. Clay is the main fraction that contributes to soil weathering, due to the transformation of illite-vermiculite, releasing K. The depletion of nutrients from the soil biomass was in the order: P>S>N>K>Mg>Ca. Phosphorus and S were the most limiting in scenario A due to their low stock in the soil. In scenario B, the number of forest rotations was limited by N, K, and S. Scenario C showed the greatest reduction in productivity, allowing only two rotations before P limitation. It is therefore apparent that there may be a difference of up to 30 years in the capacity of the soil to support a scenario such as A, with a low nutrient removal, compared to scenario C, with a high nutrient removal. Hence, the effect of different harvesting intensities on nutrient availability may jeopardize the sustainability of P. taeda in the short-term. RESUMO Os impactos das práticas de manejo intensivo sobre a sustentabilidade da produção florestal dependem da manutenção da fertilidade do solo. A contribuição dos resíduos florestais e da ciclagem de nutrientes nesse processo é crucial. Avaliou-se uma plantação de 16 anos de idade de Pinus taeda em um Cambissolo Húmico Alumínico léptico de textura argilosa, relevo ondulado, no meio-sul catarinense. Dez árvores foram amostradas em cinco classes de diâmetro, de acordo com a distribuição de diâmetro à altura do peito. A biomassa de acículas, galhos, casca, madeira e raízes foi medida para cada árvore. Além da biomassa vegetal, amostraram-se serapilheira acumulada e solo nas camadas de 0,00-0,20; 0,20-0,40; 0,40-0,60; 0,60-1,00; 1,00-1,40; 1,40-1,80, e 1,80-1,90 m. A concentração de nutrientes, o balanço de nutrientes e a caracterização mineralógica foram determinados a partir das amostras de solo coletadas. Três cenários de intensidade de colheita foram simulados, considerando a remoção de madeira (A), madeira e casca (B) e madeira, casca e copa (C). A soma de todos os componentes da biomassa foi de 313 Mg ha-1. O estoque de nutrientes na árvore foi N>Ca>K>S>Mg>P. A mineralogia do Cambissolo Húmico Alumínico léptico evidenciou a predominância de areia de quartzo e pequenos traços de vermiculita na fração silte. A argila é a principal fração que contribui para o intemperismo do solo em razão da transformação de ilita-vermiculita liberando K. O esgotamento dos nutrientes do solo a partir da biomassa foi: P>S>N>K>Mg>Ca. Fósforo e S permaneceram como os nutrientes mais limitantes no cenário A, por causa dos seus baixos estoques disponíveis no solo. No cenário B, o número de rotações florestais foi limitado para N, K e S. O cenário C resultou na maior diminuição de produtividade, e limitado pelo P, apresentando apenas duas potenciais rotações de cultivo para esse nutriente. Dessa forma, evidenciou-se, pelo número potencial de rotações de cultivo, que entre o cenário A, menos exaustivo, e cenário C, mais exaustivo, uma diferença de até 30 anos na capacidade de suporte do solo. Assim, o efeito de diferentes intensidades de colheita sobre a disponibilidade de nutrientes pode comprometer a sustentabilidade do P. taeda em longo prazo.