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Keywords:

  • carbon dioxide;
  • methane;
  • nitrous oxide;
  • plantation;
  • tree growth;
  • tropical

Abstract

Tropical plantations are considered a viable option to sequester carbon on abandoned agricultural lands, but implications of tree species selection for overall greenhouse gas budgets on plantations have been little studied. During three wet seasons, we investigated the influence of nine tree species on soil pH, temperature (ST), bulk density (BD), moisture content water filled pore space (WFPS), and greenhouse gas fluxes in diverse forest sites and monoculture plantation plots. All sites were on clay-rich soils of the Barreiras formation, in east-central Amazônia, Brazil. We found that ST and BD were 0.6°C and 0.2 g/cm3 higher in the plantation relative to the forest, and soil CH4, CO,2 and N2O fluxes were, respectively, 38, 12, 62, percent lower in the plantation. Tree growth rates were highly variable on the plantation, with the mean comparable to the forest sites. Tree species identity mattered (P < 0.01) for all soil properties and gas fluxes on the plantation, but only for pH, BD, WFPS, and N2O fluxes in the forest. The species rank order of pH and N2O fluxes in the forest, however, were unlike the plantation. Tree growth rates were a strong predictor for soil WFPS, and together with location, they also explained 75 percent of the mean N2O flux variation. Our study indicates that: (1) tree species influence soil processes; and (2) high tree growth and low soil gas emissions imply a reduced climate forcing effect from plantations, especially when planted with fast-growing legume species on abandoned farmland.

Resumo

Plantações tropicais são considerados uma opção viável para o sequestro de carbono em terras agrícolas abandonadas, mas implicações da seleção de espécies de árvores para os orçamentos globais de gases de efeito estufa nestas plantações têm sido pouco estudados. Durante três estações úmidas investigou-se a influência de nove espécies de árvores no pH do solo, temperatura (ST), densidade (BD), teor de umidade (WFPS) e fluxos de gases de efeito estufa em tres áreas de floresta e áreas com monocultura. Todos os sites foram em solos muito argiloso da formação Barreiras, localizadas no centro-oeste da Amazônia, Brasil. Foi encontrado que ST e BD foram de 0,6 º C e 0,2 g/cm3 maior no plantio em comparação à floresta, e que os fluxos do solo de CH4, CO2 e N2O foram, respectivamente, 38, 12, 62 por cento menores no plantação. O crescimento das árvores foram altamente variável no plantação, com a média comparável às áreas florestais. A identidade das espécies de àrvores importava (P < 0,01) para todas as propriedades do solo e fluxos de gases na plantação, mas apenas para pH, BD, WFPS e os fluxos de N2O na floresta. No entanto, a ordem de classificação de espécies de pH e os fluxos de N2O na floresta eram diferentes da plantação. As taxas de crescimento das árvores preditaram bem a WFPS do solo e, junto com a localização, também explicou 75 por cento da variação das médias dos fluxos de N2O. Nossa pesquisa indica que: 1) as espécies de árvores influencaram os processos do solo, e 2) o crescimento rápido das árvores e emissões de gases do solo baixas implicaram um reduzido efeito forçando clima de plantações, em principalmente quando plantada com espécies leguminosas de crescimento rápido em terras agrícolas abandonadas.