Relationships between microbial activity and soil physical and chemical properties in native and reforested Araucaria angustifolia forests in the state of São Paulo, Brazil Translated title: Relação entre atividade microbiana e atributos físicos e químicos do solo em floresta de araucaria angustifolia nativa e reflorestada no estado de São Paulo

Abstract

Araucaria angustifolia (Bert.) O. Kuntze is the main component of the Mixed Ombrophilous forest and, in the State of São Paulo, it is associated with a high diversity of soil organisms, essential for the maintenance of soil quality, making the conservation of this ecosystem a major and pressing challenge. The objective of this study was to identify the physical and chemical properties that are most closely correlated with dehydrogenase enzyme activity, basal respiration and microbial biomass under native (NF) and replanted (RF) Araucaria angustifolia forests in three regions of the state of São Paulo, in winter and summer. The main differentiating factors between the areas were also determined. Each forest was represented by three true replications; at each site, from around the araucaria trees, 15 soil samples (0-20 cm) were collected to evaluate the soil physical, chemical and microbiological properties. At the same points, forest litter was sampled to assess mass and chemical properties. The following microbiological properties were evaluated: microbial biomass carbon (MBC), basal respiration (CO2-C), metabolic quotient (Q: CO2), dehydrogenase enzyme activity (DHA) as well as the physical properties (moisture, bulk density, macroporosity and total porosity), soil chemical properties [pH, organic carbon (org-C), P, Ca, K, Mg, Al, H+Al], litter dry mass, and C, N and S contents. The data were subjected to analysis of variance (TWO-WAY: ANOVA). A Canonical Discriminant Analysis (CDA) and a Canonical Correlation Analysis (CCA) were also performed. In the soil under NF, the values of K, P, soil macroporosity, and litter dry mass were higher and Q: CO2 and DHA lower, regardless of the sampling period, and DHA was lower in winter. In the RF areas, the levels of moisture, porosity and Q: CO2 were higher in both sampling periods, and DHA was higher in winter. The MBC was only higher under NF in the summer, while the litter contents of C, N and S were greater in winter. In winter, CCA showed a high correlation of DHA with CO2-C, pH and H+Al, while in the summer org-C, moisture, Mg, pH and litter C were more associated with DHA and CO2-C. The CDA indicated H+Al, available P, total porosity, litter S content, and soil moisture as the most discriminating variables between NF and RF, but moisture was the most relevant, in both seasons and CO2-C only in winter. The combined analysis of CCA and CDA showed that the contribution of the microbiological variables to a differentiation of the areas was small at both samplings, which may indicate that the period after reforestation was long enough to allow an almost complete recovery of the microbial activity.

Translated abstract

A Araucaria angustifolia (Bert.) O. Kuntze é a principal componente da Floresta Ombrófila Mista no Estado de São Paulo e está associada à alta diversidade de organismos edáficos, que são importantes para manutenção da qualidade do solo, o que torna a preservação desse ecossistema tarefa urgente e inadiável. Este estudo teve como objetivo avaliar que atributos físico-químicos estão mais relacionados à atividade da enzima desidrogenase, à respiração basal e à biomassa microbiana do solo em floresta nativa (FN) e reflorestada (FR) com Araucaria angustifolia, em três regiões do Estado de São Paulo, no inverno e no verão, bem como quais desses são os principais fatores discrepantes entre as áreas. Cada floresta foi representada por três repetições verdadeiras, em que, em cada uma, foram coletadas, ao acaso, 15 amostras de solo (0-20 cm) para se avaliarem atributos físico-químicos e microbiológicos. No mesmo ponto, coletaram-se amostras de serapilheira para avaliar sua massa e seus atributos químicos. As coletas de solo e serapilheira foram realizadas no inverno e verão. Os atributos microbiológicos: carbono da biomassa microbiana (CBM), respiração basal (C-CO2), quociente metabólico (qCO2) e atividade da enzima desidrogenase (Desi); os atributos físicos do solo: umidade, densidade global, macroporosidade e porosidade total; e os químicos: pH, carbono orgânico (C-org), P, Ca, K, Mg, Al, H+Al, além da massa de matéria seca de serapilheira e C, N e S da serapilheira, foram submetidos à análise de variância (Two-way ANOVA). Realizaram-se também a Análise Canônica Discriminante (ACD) e a Análise de Correlação Canônica (ACC). O solo em NF apresentou maiores valores de K, P disponível, macroporosidade, massa de matéria seca de serapilheira e menores valores de qCO2, independentemente da época de coleta, além de menor atividade da desidrogenase no inverno. Em RF, foram encontrados maiores valores de umidade, porosidade total e qCO2, no inverno e verão, além da maior atividade da Desi no inverno. O CBM foi maior apenas na FN no verão, enquanto os teores de C, N e S da serapilheira foram maiores no inverno. No inverno, a ACC apresentou alta correlação da Desi com C-CO2, pH e H+Al, enquanto no verão, C-org, umidade, Mg, pH e C da serapilheira se correlacionaram com a atividade da Desi e C-CO2. A ACD discriminou os atributos H+Al, P disponível, porosidade total, teor de S da serapilheira e umidade do solo como os de maior importância na separação das áreas FN e FR, sendo a umidade o mais relevante, independentemente da época de coleta, e C-CO2, apenas no inverno. Na avaliação da ACC e ACD em conjunto houve pouca influência das variáveis microbiológicas na separação das áreas, nas duas épocas de coleta, indicando que o período decorrido da implantação da área FR já tenha sido suficiente para propiciar a recuperação da sua atividade microbiológica.