Artigo - Funcionalidades Ambientais de Solos Altomontanos Na Serra Da Igreja, Paraná

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    FUNCIONALIDADES AMBIENTAIS DE SOLOS ALTOMONTANOS NA SERRA DA IGREJA, PARAN 1113

    R. Bras. Ci. Solo, 35:1113-1126, 2011

    FUNCIONALIDADES AMBIENTAIS DE SOLOS

    ALTOMONTANOS NA SERRA DA IGREJA, PARAN(1)

    Maurcio Bergamini Scheer(2,3), Gustavo Ribas Curcio (4) & CarlosVellozo Roderjan(4)

    RESUMO

    Apesar de ainda existirem ecossistemas altomontanos no Paran em excelenteestado de conservao, iminentes ameaas antrpicas e a fragilidade dessesambientes tm sido motivos de preocupao. Este trabalho teve os seguintesobjetivos: caracterizar solos de rea representativa dos campos e florestasaltomontanas ocorrentes na Serra da Igreja; apontar quais os possveis fatorespedolgicos que resultam nessas diferentes fitotipias; e caracterizar algumas dassuas funcionalidades ambientais (estoque de C e de gua). Os principais solosencontrados nos campos foram Organossolos Flicos fbricos/spricos (lticos etpicos) e Organossolos Hplicos fbricos/spricos (tpicos e trricos) e, nas florestasaltomontanas, Gleissolos Hplicos alticos tpicos. Ambas as classes so de solosdistrficos, extremamente cidos, com alta saturao por Al trocvel e altos teoresde C orgnico total. A distribuio das florestas altomontanas est fortementecontrolada por vales e colos de cumeeiras, os quais esto sujeitos a processosmorfogenticos que resultam em solos com horizontes minerais. J os camposesto estabelecidos em topos, onde processos pedogenticos promoveramespessamento de horizontes hsticos, os quais, em funo de suas caractersticasintrnsecas, aliadas aos fortes ventos, parecem conter com sucesso o avano dafloresta sobre o campo. Os estoques de C por unidade de rea nos solos dos campos

    so superiores aos dos solos das florestas altomontanas, sendo ambos consideradosaltos quando comparados aos dados de outros ecossistemas, sendo duas a trsvezes maiores do que os encontrados em solos de ecossistemas de altitudes maisbaixas na mesma latitude. Tambm foi constatada alta capacidade de reteno

    (1) Parte da tese de Doutorado do primeiro autor apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Florestal, Univer-sidade Federal do Paran UFPR. Recebido para publicao em 12 de maio de 2010 e aprovado em 25 de maro de 2011.

    (2) Pesquisador da Assessoria de Pesquisa e Desenvolvimento - APD/DMA da Companhia de Saneamento do Paran SANEPAR.Rua Engenheiros Rebouas 1376, Rebouas, CEP 80215-900 Curitiba (PR), Brasil. E-mail: [email protected]

    (3) Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria Embrapa Florestas. Estrada da Ribeira, km 111, Caixa Postal 319, CEP 83411-000 Colombo (PR), Brasil. E-mail: [email protected]

    (4) Professor do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Florestal, Universidade Federal do Paran UFPR. Av. Pref.Lothrio Meissner 900, Jardim Botnico, Campus III. CEP 80210-170 Curitiba (PR), Brasil. E-mail: [email protected]

    Comisso 1.2 - Levantamento e classificao do solo

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    hdrica devido porosidade total verificada nos horizontes hsticos, os quais tm opotencial de reter em mdia 12 vezes seu volume em gua.

    Termos de indexao: campos altomontanos, Floresta Ombrfila DensaAltomontana, estoques de carbono no solo, Organossolos, reteno hdrica dosolo.

    SUMMARY: ENVIRONMENTAL FUNCTIONALITIES OF UPPER MONTANESOILS IN SERRA DA IGREJA, SOUTHERN BRAZIL

    Although in Paran some upper montane ecosystems are still in excellent conditions,

    imminent anthropogenic threats and the vulnerability of these environments have raised concern.

    The objectives of this study were: (1) to characterize representative soils of high altitude

    grasslands and upper montane rain forests in the Serra da Igreja; (2) identify the possible

    pedological factors underlying the different vegetation types and; (3) describe some of the

    environmental roles of the soils of these areas (carbon stock and water retention). The mainsoil types of the grasslands were fibric/sapric Folic and Haplic Histosols and the upper montane

    forests typic alitic Haplic Gleysols. Both soils are dystrophic, extremely acid, with highexchangeable Al saturation and very high levels of total organic C. The upper montane forests

    are mostly found in valleys influenced by morphogenetic processes that result in soils with

    mineral horizons. The grasslands are located on flat tops, where pedogenetic processes led to

    thicker histic horizons. This fact, combined with a great wind exposure, seem to prevent the

    normal expansion of tree species. Carbon stocks per unit area in the grassland soils are higher

    than those of the upper montane forests. Furthermore, C values in both areas are two- to

    threefold higher than those reported for soil ecosystems at low altitudes at the same latitude.

    Another important environmental feature of these soils is the high water retention capacity, due

    to the total porosity values in the histic horizons, which can retain water up to approximately

    12 times their volume.

    Index terms: High altitude grasslands, montane tropical rain forest, soil carbon stocks, histosols,

    soil water retention.

    INTRODUO

    A matria orgnica do solo representa a maior partedo C orgnico continental, e seus estoques at 1 m deprofundidade alcanam aproximadamente1.500 x 1015g (Pg = petagramas) (Batjes, 1996;Jobbagy & Jackson, 2000). Considerando o solo sobvegetao nativa dentro dos 30 cm superficiais, oBrasil estoca 5 % dessa reserva de C mundial (Batjes,1996), indicando que mesmo um nico pas pode tergrande influncia nos fluxos de C global (Bernoux etal., 2002).

    Uma vez que comportam horizontes hsticos ehmicos, riqussimos em matria orgnica, os solosde ecossistemas altomontanos desempenhamimportante papel na imobilizao de C, bem como naregulao de fluxos hdricos (Bruijnzeel, 2000; Simaset al., 2005; Benites et al., 2007). O grande acmulode matria orgnica nesses ambientes deve-se scondies desfavorveis para a decomposiomicrobiana, como baixas temperaturas, alta umidade,baixa respirao, falta de nutrientes disponveis e altos

    nveis de Al (Zech et al., 1997; Simas et al., 2005;Benites et al., 2007). O acmulo de compostos

    orgnicos fortemente humificados no solo, na formarelativamente estvel de complexos organometlicos,incluindo principalmente Al e Fe, dificulta que osmicrorganismos utilizem essa matria orgnica comosubstrato (Volkoff et al., 1984; Zech et al., 1997; Simaset al., 2005; Don et al., 2007).

    As substncias h micas contribuem paraaumentar a quantidade de nutrientes e a capacidadede troca catinica e de reteno de gua no solo, que,por sua vez, propiciam o desenvolvimento davegetao, a qual devolve a matria orgnica com adeposio de sua fitomassa area e morte das razes,garantindo a sustentabilidade desses ambientes(Simas et al., 2005; Benites et al., 2007). Duranteperodos chuvosos os solos altomontanos soencharcados, sendo gradualmente drenados ao longodo tempo, regulando os fluxos hdricos das cabeceirasdas bacias hidrogrficas e, juntamente com avegetao, minimizando riscos de eroso (Bruijnzeel& Proctor, 1995; Benites et al., 2007; Martnez et al.,2009). Em perodos menos chuvosos, a interceptaodireta da gua presente nas nuvens, comum em

    ambientes altomontanos (Hamilton et al., 1995;Bruijnzeel & Proctor, 1995), pode ser retida pela

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    vegetao e solos sotopostos e encaminhada lentamentes nascentes dos rios logo a jusante, evitando-semaiores perdas.

    Estimativas dos estoques de C nos solos em escalas

    regionais, nacionais e globais tm enorme importnciapara se ter acesso s mudanas nos fluxos de C (Batjes& Dijkshoorn, 1999; Yimer et al., 2006). Paramelhorar a capacidade de prever, de propor e deexecutar aes para amenizar as consequncias dasmudanas climticas globais relacionadas aos gasesde efeito estufa, a sociedade depende, em parte, doconhecimento desses estoques em diferentes tipos desolos e de vegetao e dos fatores que influenciam suadistribuio (Batjes & Dijkshoorn, 1999; Bernoux etal., 2002; Novaes Filho et al., 2007). Considerandoque grande parte da matria orgnica desses solosest nos 30 cm superficiais, h grande potencial deliberao de CO

    2para a atmosfera caso a vegetao

    seja queimada ou cortada e a rea convertida para aagricultura ou pecuria (Yiemer et al., 2006). A perdade ecossistemas naturais pode implicar significanteprejuzo econmico para a sociedade em termos deservios ecossistmicos prestados pela matria orgnicado solo (Martnez et al., 2009). Essa necessidade elevouo nmero de estudos com esse propsito para diversasreas no mundo (Garcia-Pausas et al., 2007).

    Solos de ambientes altomontanos ainda so muitopouco estudados (Bernoux et al., 2002; Simas et al.,2005; Becker et al., 2007; Arteaga et al., 2008) e, porisso, sua importncia ainda no devidamentereconhecida (Benites et al., 2007).

    Na regio Sul do Brasil, alguns trabalhoscaracterizaram solos sob florestas altomontanas(Roderjan, 1994; Ghani, 1996; Rocha, 1999; Portes,2000, Falkenberg, 2003; Wisniewski et al., 2005;Vashchenko et al., 2007), e informaes sobre solos decampos altomontanos ainda so mais escassas(Wisniewski et al., 2005; Vashchenko et al., 2007).

    Segundo os trabalhos realizados no Paran, paraambas as formaes altomontanas, os solos so poucodesenvolvidos, extremamente cidos, com altos teoresde C, baixa saturao por bases e alta saturao porAl trocvel. Essas informaes so semelhantes s

    de solos de diferentes regies altomontanas do Brasil,em diferentes litotipias e tipos vegetacionais, comocomplexos rupestres de altitude na regio Sudeste(Simas et al., 2005; Benites et al., 2007; Silva et al.,2009) e florestas nebulares nos Aparados da SerraGeral, em Santa Catarina (Falkenberg, 2003).

    No entanto, no Paran ainda no existemtrabalhos especficos sobre solos de florestasaltomontanas ocorrentes sobre substratos granticos,muito menos sobre solos de campos altomontanos queabranjam as diversas feies geomrficas apresentadasao longo de suas reas de ocorrncia originais.

    Dando continuidade aos estudos sobre ambientes

    altomontanos no Paran, realizados por Mocochinski& Scheer (2008), por Scheer & Mocochinski (2009) e

    por Scheer (2010), os objetivos deste trabalho foram:caracterizar solos de rea representativa dos camposaltomontanos e da Floresta Ombrfila DensaAltomontana ocorrentes na Serra da Igreja; apontarquais os possveis fatores pedolgicos que resultamnas diferentes fitotipias; e estimar seus potenciais deestocar C e gua.

    MATERIAL E MTODOS

    rea de estudo

    A rea de estudo est localizada em um dos picosda Serra da Igreja, subserra da Serra do Mar, a1.335 m s.n.m., coordenadas 25 36 S e 48 51 W

    (Figura 1). A Serra da Igreja est inserida na reade Proteo Ambiental APA de Guaratuba, nosmunicpios de Guaratuba, Morretes e So Jos dosPinhais. Assim como a maioria das montanhas daSerra do Mar no Paran, suas pores superiores soformadas por granitos alcalinos encaixados emterrenos metamrficos de alto grau com contatosclaramente falhados, em consonncia com sua origemtectnica (MINEROPAR, 2001). O Granito Serra daIgreja, como outros granitos da Serra do Mar, incidido por falhamentos do Ciclo Brasiliano/Pan-Africano (direo NE-SW) e do Arco de Ponta Grossa(na direo NW-SE) (Melo et al., 2000).

    O topo da citada serra constitudo por duasfitotipias: florestal (Floresta Ombrfila Densa) eestpica (campos). Os campos esto localizados emtopos de cumeeira, com ausncia de pedregosidade erochosidade, em relevos convexados, suave onduladosa forte ondulados, dominantemente em feiesgeomrficas de divergncia hdrica. A floresta ocupaas posies de colo de cumeeira relacionadas alineamentos geolgicos, em relevos forte ondulados emontanhosos, explicitamente em feies deconvergncia hdrica (Figuras 2 e 3).

    Nesta serra, a Floresta Ombrfila Densa Atlnticacobre sua maior extenso, atingindo, em sua formaoaltomontana, as pores mais elevadas das encostas,acima de 1.200 m s.n.m., estando bem preservadadevido ao seu difcil acesso. Em alguns trechos, nasencostas a oeste das montanhas do lado ocidental daserra, ocorre o ectono entre essa e a FlorestaOmbrfila Mista Montana, a aproximadamente1.100 m s.n.m. J nas pores mais elevadas dasmontanhas, a partir dos 1.300 m s.n.m. passam aocorrer campos altomontanos em excelente estado deconservao, sem indcios de interferncia antrpica.

    O clima das florestas altomontanas da Serra doMar paranaense classificado como Cfb, segundosistema de Kppen, sendo subtropical, sempre midoe com a temperatura mdia do ms mais frio abaixode 18 C e superior a - 3 C, e a mdia do ms maisquente, inferior a 22 C (Roderjan, 1994). Roderjan &

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    Grodski (1999) observaram temperatura mnimaabsoluta de - 5 C, mdia anual de 13,4 C e mximaabsoluta de 30 C para patamares altomontanos a1.385 m s.n.m., em ambiente florestal, no Morro do

    Anhangava, no municpio de Quatro Barras, aaproximadamente 25 km ao norte da Serra da Igreja,

    no Paran. As precipitaes na Serra do Mar sobem distribudas ao longo do ano e apresentam grandevariao em funo da topografia local. Medies naregio litornea ultrapassam 2.000 mm anuais, e nas

    encostas da serra os valores chegam a 3.500 mm(Maack, 2002).

    Figura 1. Localizao da sequncia amostral na Serra da Igreja, PR.

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    Figura 3. (a) perfil 1: Organossolo sob campo altomontano; (b) perfil 2: Organossolo sob campo altomontanocom drenagem mais restrita; (c) perfil 3: Gleissolo sob floresta altomontana; e (d) trechos amostradosna Serra da Igreja, Paran.

    Figura 2. Transecto com os pontos amostrados nos compartimentos por meio de tradagens e perfis. T: pontostradados.

    Os pontos amostrais fizeram parte de transecto

    sobreposto a cumeeiras aguadas (1.335 m s.n.m.), emcampos altomontanos sobre Organossolos dispostos em

    rampas convexas divergentes de pequeno

    dimensionamento geogrfico (1,5 ha), os quais, apsabrupta ruptura de declive, do lugar a rampas

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    cncavas-convergentes, nas classes de declive forteondulado e montanhoso, constitudas por Gleissoloscom horizontes hsticos sob floresta altomontana(Figuras 1 e 2).

    Os campos altomontanos na rea de estudo soconstitudos por plantas herbceas com aproximadamen-te 70 cm de altura, onde dominante Lagenocarpustriquetrus(Boeck.) Kuntze (Cyperaceae), alm de ar-bustos de pequeno porte, como Croton mullerianusL.R. Lima (Euphorbiaceae) (em mdia, 50 cm de altu-ra) eTibouchina dubia(Cham.) Cogn. (Melastomataceae),entre outros. Espcies arbreas com participao naestrutura das florestas altomontanas adjacentes comaltura aproximada de 5 m, como Myrsine altomontanaM.F. Freitas & Kin.-Gouv. (Myrsinaceae) eTabebuiacatarinensisA. Gentry (Bignoniaceae), tambm ocor-rem nos campos, porm esparsamente, com pequenacobertura e na forma de arbustos com altura mdia

    de 60 cm. Em levantamento florstico realizado nolocal por Mocochinski & Scheer (2008), foram detec-tadas 99 espcies de plantas vasculares em rea apro-ximada de 1,5 ha.

    A mudana de vegetao de campo para floresta abrupta, observando-se rea ecotonal com fisionomiaarbustiva com espcies das duas formaes numgradiente de poucos metros (2 a 5 m). Segundo Scheer(2010),Siphoneugena reitziiD. Legrand (Myrtaceae),Ilex microdonta Reissek (Aquifoliaceae) e Drimysangustifolia Miers. (Winteraceae) perfazem 50 % dapercentagem de importncia fitossociolgica arbrea(PAP 10 cm). A rea basal de 30,5 m2ha-1, e a

    densidade, de 4.696 ind ha-1.

    Coleta de amostras e anlises dos dados

    Foram inicialmente realizadas tradagens no soloem forma sequencial, em transecto abrangendo campose florestas altomontanas (Figuras 1 e 2). Apsmapeamento de solos detalhado, foram abertos, emsequncia, trs perfis de solos, sendo, respectivamente,dois Organossolos (no campo) e um Gleissolo (nafloresta). Amostras complementares superficiais (de0 a 20 cm) e subsuperficiais (de 20 a 40 cm), tambmforam coletados com trado tipo holands. Nesses perfisforam realizadas descries morfolgicas, definidos os

    horizontes diagnsticos e coletadas amostras para finsde classificao dos solos, seguindo o procedimentodescrito por Santos et al. (2005). A classificao dossolos foi realizada de acordo com Embrapa (2006).

    No campo, para analisar o estdio de decomposioda matria orgnica, foi utilizada a escala de Von Postdescrita por Embrapa (2006).

    A partir da frao terra fina seca ao ar (TFSA)foram realizadas as anlises fsico-qumicas. Asanlises granulomtricas foram realizadas somentepara a classificao de textura, segundo mtodo dodensmetro (Embrapa, 1997). Para amostras dehorizontes hsticos, foram apenas determinados os

    percentuais de argila. As anlises qumicas, seguindoo mtodo da Embrapa (1997), envolveram a

    determinao de pH em CaCl2, ctions trocveis (Ca,Mg e K), acidez potencial (Al e H) e P disponvelextrado em Mehlich-1. Foram obtidos os ndices: somade bases (S), capacidade de troca catinica (T),saturao por bases (V %) e saturao por Al trocvel(m %).

    Amostras indeformadas tambm foram coletadasnos perfis por meio de anis volumtricos e enviadasao laboratrio para caracterizaes fsico-hdricas,sendo determinadas as variveis densidade global, opercentual de gua disponvel, a permeabilidadesaturada, a porosidade total, a de aerao e amacroporosidade, segundo Embrapa (1997).

    A determinao de C orgnico total por via seca foirealizada no Laboratrio de Istopos Estveis do Centrode Energia Nuclear na Agricultura (CENA).

    O estoque de C no solo (em kg C m-2) foi calculadosegundo Batjes (1996) e Yimer et al. (2006).Primeiramente, foi multiplicado o teor de C orgnicototal (em g kg-1) de cada sub-horizonte pela densidadedo solo (em kg m-3) e pela sua espessura (em m). Adensidade de partculas grosseiras ( 2 mm),geralmente subtradas da densidade do solo parautilizar a densidade somente da terra fina(frao 2 mm) (Garcia-Pausas et al., 2007; Don etal., 2007), no foi necessria devido sua inexistnciaou a valores desprezveis. Os dados foramextrapolados para Mg ha-1. Nos pontos sequenciaisanalisados por tradagens, houve tambm a definioda espessura dos horizontes e foram calculados os

    estoques de C com base nos teores e densidadescorrespondentes aos perfis mais prximos e comcaractersticas similares.

    No campo altomontano, um levantamento prviode forma sistemtica (malha com 52 tradagens) emtodo o topo da cumeeira estudada (dados nopublicados) foi utilizado para validar a profundidademdia obtida para a estimativa do potencial de estoquede C no solo.

    Apena s como sim ples aproximaes pa raextrapolar os possveis estoques de C, por meio de fo-tos areas de 1980, na escala 1:25.000, do Instituto deTerras e Cartografia (ITC-PR), obteve-se uma esti-

    mativa da rea dos campos altomontanos na Serra daIgreja. Para a floresta altomontana, alm dafotointerpretao, foi utilizado como base o levanta-mento do Pr-Atlntica (2002). Com base nas reasobtidas pelo Pr-Atlntica (2002), tambm foram es-timados os estoques potenciais de C para essas duasfitotipias na Serra do Mar no Paran. No entanto,ressalta-se que no presente trabalho foram apenasestimados os potenciais de estoque de C, sendo neces-srias estimativas em escalas de maior detalhe, bemcomo considerar demais tipos de solos observados emoutras pores da serra.

    Para comparar as propriedades qumicas entre osprincipais horizontes superficiais (0 a 20 cm) esubsuperficiais (20 a 40 cm) e os estoques de C no solo

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    do campo e da floresta altomontana, foram realizadostestes de U de Mann-Whitney (Wilcoxon). Para essestestes no paramtricos, as medianas so comparadaspar a par. Foram calculados coeficientes de correlaode Spearman (R

    s) para verificar o comportamento dos

    parmetros qumicos ao longo das profundidades nosperfis.

    RESULTADOS E DISCUSSO

    Solos dos campos altomontanos na Serra daIgreja

    Nos solos dos campos altomontanos foramidentificados apenas Organossolos (Figuras 1 e 2,Quadro 1). So constitudos essencialmente, ou namaior parte, por horizontes hsticos (O e H) com altosteores de C orgnico total (446,6 g kg-1). Apresentamcores midas pretas N2/ (midas) mais prximas superfcie e 10YR 2/1 (preto) a 3/2 (bruno-acinzentadomuito escuro) nos demais sub-horizontes hsticos. Osolo do perfil 1 foi classificado como Organossolo Flicofbrico/sprico ltico, e o do perfil 2, como OrganossoloHplico fbrico/sprico trrico. O perfil 1, apesar deconsiderado solo hidromrfico sazonal, encontra-se nabordadura de topo aplainado, em local mais bemdrenado do que o perfil 2. composto por dois sub-horizontes hsticos (O e H) em contato ltico(Quadro 1).

    No Organossolo Hplico fbrico/sprico trricoforam identificados quatro sub-horizontes hsticosassentes em horizonte Cg de cor cinza-escura (10YR4/1), com textura mdia e espessura maior do que

    30 cm dentro de 1 m de profundidade, o que o classificacomo trrico (Quadro 1). Esse ambiente redutor causado pela permanncia de saturao hdrica devidoao leve abaciamento local, combinado presena dehorizontes minerais com baixa permeabilidadesaturada na parte inferior do perfil, retardando a sadade gua do sistema (Quadro 3). Em ambos os solosh predominncia de material orgnico fbricoherbceo em superfcie. Todos os horizontes de ambosos solos so extremamente cidos (Quadros 1 e 2),coincidindo com as caractersticas de solos de demaistrabalhos realizados em campos altomontanos(Wisniewski et al., 2005;Vashchenko et al., 2007) ede solos associados aos complexos rupestres de altitude(Benites et al., 2003, 2005, 2007; Simas et al., 2005).

    Os horizontes hsticos dos Organossolos apresen-taram Al, saturaes por Al e T (potenciais) maioresnas partes mais profundas dos perfis, principalmenteno perfil 2 (Rs= 1; p < 0,01; Quadros 1 e 2), devido maior presena da frao argila no sistema (Quadro 3).As bases dos sub-horizontes hsticos inferiores prova-velmente foram lixiviadas, conforme sua diminuiode teores, na ordem de duas a cinco vezes com a pro-fundidade (Quadro 2). Os nveis de P, consideradosde baixos a mdios de acordo com Serrat et al. (2006),e as saturaes por bases j bastante baixas em su-perfcie diminuem significativamente com a profun-didade (Rs= - 1; p < 0,01; Quadros 1 e 2).

    Solos da Floresta Ombrfila Densa Altomontanana Serra da Igreja

    Os solos representados pelo perfil 3 foramclassificados como Gleissolos Hplicos alticos tpicos(Quadro 1), por apresentarem horizontes Cg com

    Quadro 1. Propriedades dos solos em ecossistemas altomontanos na Serra da Igreja, PR

    (1) Fator de transformao de cmolcdm-3para cmolckg-1calculado com base no inverso da densidade da amostra preparada paraa anlise de cada horizonte.

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    textura mdia, subjacentes aos horizontes O hsticos(N2/) com menos de 40 cm de espessura e com altosteores de C orgnico total (408,2 g kg-1). SegundoEmbrapa (2006), so classificados como rasos a poucoprofundos, fato perfeitamente coerente com a imposio

    geomrfica. Foram identificados dois sub-horizontesminerais gleizados: Cg1 com cor cinza-escura 10YR

    4/1 e Cg2 bruno-amarelada 10YR 5/3, indicando a aode fluxos hdricos subsuperficiais. O relevo forteondulado, em rampa cncava-convergente, enseja aformao desses horizontes minerais por meio da aocombinada de processos morfogenticos

    (coluviamento) e pedogenticos. Assim como osOrganossolos situados em campos, ambos os

    Quadro 3. Mdias das propriedades fsico-hdricas dos solos de perfis em ecossistemas altomontanos naSerra da Igreja (n = 2-3)

    (1) Estimativas de anlises granulomtricas com limitaes para os horizontes hsticos devido ao alto teor de matria orgnica.*: Mdias mais erros-padro, extrapolando-se para todos os pontos amostrados. **: Valores estimados com base nos horizontescom caractersticas aparentemente similares.

    (1) Fator de transformao de cmolcdm-3 para cmolckg

    -1calculado com base no inverso da densidade da amostra preparada paraa anlise de cada horizonte. As mdias seguidas pela mesma letra na vertical correspondem as medianas que no diferemestatisticamente em nvel de (p < 0,05) pelo teste U de Mann-Whitney (Wilcoxon).

    Quadro 2. Propriedades qumicas dos horizontes superficiais e subsuperficiais dos solos em ecossistemasaltomontanos na Serra da Igreja, PR (n = 5). Valores entre parnteses representam os erros-padro

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    horizontes, orgnicos e minerais, so extremamentecidos e com baixa saturao por bases, como solosdescritos em outras florestas altomontanas (Roderjan,1994; Ghani, 1996; Rocha, 1999; Portes, 2000;Wisniewski et al., 2005; Vashchenko et al., 2007).

    O horizonte orgnico desses solos apresenta maioracidez potencial devido aos ons H+, provenientes dosgrupos carboxlicos e fenlicos da matria orgnica(Zech et al., 1997), e aos maiores teores de basestrocveis, de P e de T. Os horizontes gleizados, alta-mente dessaturados por bases, apresentam os maio-res valores de Al e de saturao por Al (carter altico),sugerindo que a floresta cicle, sobretudo, no volumecompreendido pelo horizonte hstico e serapilheira. Osteores de P so ligeiramente superiores no horizonteO hstico na floresta (Gleissolo) do que nos hsticossuperficiais dos campos (Organossolos), embora no

    tenham sido encontradas diferenas estatisticamentesignificativas. Gleissolos em florestas altomontanasno Paran tambm foram encontrados por Rocha(1999) e por Wisniewski et al. (2005), porm no fo-ram os solos predominantes nesses levantamentos.

    Caractersticas gerais e diferenas encontra-das entre solos das florestas e dos camposaltomontanos

    Conforme verificado nos itens anteriores, os solosque constituem os ecossistemas altomontanos na Serrada Igreja so distrficos e apresentam alta saturaopor Al trocvel. A baixa fertilidade encontrada em

    solos de ambientes altomontanos relacionada per-da de nutrientes por lixiviao, pela elevada drena-gem e pelo baixo contedo de nutrientes no materialparental (Benites et al., 2007). Segundo esses auto-res, a acidez favorece a dissoluo de caulinita e dealuminossilicatos, e o Al satura o complexo de troca.

    A alta capacidade de troca catinica e acidezpotenciais nos horizontes superficiais evidencia que amaior parte das cargas negativas proveniente decompostos orgnicos (Simas et al., 2005). A ciclagemde nutrientes essencial, pois, conforme pode servisualizado no quadro 1 (segundo consideraes deSerrat et al., 2006; teores de Ca - baixos a muito baixos,

    e de Mg e K, muito altos), as maiores quantidades denutrientes esto nos horizontes orgnicos superficiais(Benites et al., 2007), e um mecanismo para reduzirperdas a formao de um sistema com alta densidadede razes (Zech et al., 1997; Simas et al., 2005), o qualaumenta a eficincia na absoro de hidrossolveis.Apesar das altas saturaes por Al, grande parte desseelemento est complexada com a matria orgnica,controlando os nveis na soluo desses solosextremamente cidos e evitando sua toxicidade paraas plantas (Stevenson, 1982; Pavan, 1983; Zech etal., 1997; Simas et al., 2005; Don et al., 2007).

    A gnese processada em hidromorfismos sazonais

    desses solos est condicionada ao fator altitude, emque se verificam temperaturas baixas e neblina

    frequente, causando acmulo de matria orgnica pelabaixa taxa de mineralizao (Rocha, 1999), alm deelevado ndice pluvial. O acmulo de materiaisorgnicos sobrepuja a taxa de decomposio, pois,apesar de haver transformao biolgica, ao mesmotempo, h preservao de nveis considerveis de Corgnico na forma humificada (Ghani, 1996).

    De acordo com os levantamentos j realizados noscampos altomontanos no Paran, parecem predominarNeossolos Litlicos hsticos e Organossolos, ambossolos com horizontes hsticos, sem a presena dehorizontes minerais ou com sua ocorrncia somenteaps os 40 cm de profundidade. Conforme jcomentado, a espessura do horizonte hstico maior doque 20 cm sem horizonte mineral dentro dos 40 cm(Organossolos) parece dificultar o estabelecimentofsico de indivduos arbreos com porte maior do que

    1 m. A gnese ascensional dos horizontes hsticos (emalguns casos, alcanando mais do que 50 cm deprofundidade) e sua baixa densidade global, aliada alta densidade de razes de espcies tpicas de campoe exposio aos ventos fortes nas cumeeiras aguadasdo campo estudado, parecem no permitir ocrescimento e o estabelecimento de indivduos arbreosde maior porte para propiciar o avano da florestaaltomontana. Se mudanas climticas futurasresultarem em aumento da temperatura mdia anuale diminuio na precipitao pluvial na regio, essescampos altomontanos correm o risco de desaparecerou de perder grande parte de sua rea para as florestasdevido oxidao, contrao e consequente eroso dos

    horizontes hsticos.Mais reas altomontanas devem ser investigadas

    para se saber se a floresta j alcanou seu limitemximo de expanso sobre os campos altomontanosno Holoceno tardio. Em solos associados aos complexosrupestres de altitude na regio Sudeste do Brasil,Benites et al. (2007) constataram que, com odesenvolvimento da paisagem, algumas turfeiras(Organossolos) secam suficientemente peloestabelecimento de um sistema de drenagem,propiciando o crescimento de vegetao florestal, masmantendo os grandes estoques de C. A fragilidadedos ecossistemas altomontanos agravada pelo

    impacto de trilhas e acampamentos. Foi observadoem serras vizinhas com maior visitao que, emperodos de estiagem, embora muito pouco comuns,os ambientes altomontanos apresentam altasuscetibilidade a incndios antrpicos. Isso se deve grande quantidade de material com alto grau decombustibilidade, implicando enorme risco de perdadesses ambientes de baixa resilincia e de suasfuncionalidades ambientais.

    Os horizontes hsticos dos Organossolos abaixo dos20 cm j apresentam mudanas qumicasconsiderveis em relao aos horizontes mineraisencontrados em solos da floresta altomontana

    (Quadros 1 e 2). No entanto, os Organossolos FlicosSpricos lticos foram caracterizados por Rocha (1999)

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    em florestas altomontanas, porm relativamentepouco desenvolvidas (com altas densidades e baixasreas basais), apresentando horizontes hsticos entre20 e 35 cm de espessura. Como nos trabalhos deRoderjan (1994) e Rocha (1999), tambm foramencontradas estruturas grumosas de matriz spricaentre razes finas. Segundo Rocha (1999), essasestruturas podem ser observadas com maior facilidadeem relevos mais declivosos, onde as rvores, medidaque envelhecem, vo se curvando e, com isso,suspendendo seu sistema radicial, formando espaosvazios entre o solo e a rocha abaixo. Esses espaos eas maiores declividades proporcionam melhordrenagem e consequente aerao, podendo propiciar oavano da floresta sobre os campos. Roderjan (1994)e Rocha (1999) tambm observaram Cambissolos, eRocha (1999) tambm detectou Argissolos e Gleissolosem vales com maior coluvionamento, apresentando

    florestas altomontanas relativamente com baixasdensidades e altas reas basais. O carter epigleicodescrito por esses trabalhos limita o desenvolvimentoda floresta, resultando em baixas densidades e reasbasais. Roderjan (1994), Portes (2000) e Vashchenkoet al. (2007) encontraram Neossolos Litlicos(distrficos tpicos e hmicos tpicos) em situaes derampas convexas divergentes em encostas comflorestas altomontanas nos picos Camacu, Camapue Tucum, a 40 km ao norte da rea estudada. Oshorizontes minerais (A hmico ou C) desses solosparecem promover maior agregao mecnica,resultando numa maior capacidade de sustentao dasrvores do que os Neossolos Litlicos hsticos (Portes,2000), mais comuns em campos altomontanos(Vashchenko et al., 2007).

    No entanto, conforme j comentado, florestas sobrehorizontes hsticos pouco espessos diretamente sobrerocha Neossolos Litlicos hsticos (20 cm) comincluso de Organossolos Flicos com poucoscentmetros a mais do que o solo anterior tambmpodem dar suporte a florestas altomontanas, pormde pequeno porte, com altas densidades e baixas reasbasais (Roderjan, 1994; Rocha, 1999).

    Estoques de carbono nos solos

    Os estoques de C nos solos do campo altomontano,incluindo os dados dos perfis (Quadro 3) e dastradagens, variaram de 274,3 a 410,6 Mg ha -1 C(mdia mais erro-padro: 314,7 17,2 Mg ha-1C). Nafloresta altomontana os estoques variaram de 190,1 a233,4 Mg ha-1C (217,2 10,3 Mg ha -1 C), sendoestatisticamente maiores no campo do que na floresta(teste U; p < 0,05) (Quadro 3). No levantamento prvioem toda a cumeeira estudada, obteve-se uma mdiade profundidade dos horizontes hsticos muito prxima(54 3,7 cm) utilizada nas estimativas supracitadas.

    Segundo levantamento realizado no Paran peloPr-Atlntica (2002), os campos altomontanos e a Flo-

    resta Ombrfila Densa Altomontana ocupam atual-mente 1.627 e 5.760 ha, respectivamente. Apesar de

    os solos dos campos altomontanos estocarem mais Cpor unidade de rea do que os das florestasaltomontanas, a maior rea destas no Paran resultanuma maior quantidade estocada (1,25 x 106t de C;Mt = megatoneladas) do que a dos campos (0,54 Mt deC). No entanto, para uma estimativa mais precisadesses estoques, so necessrios mais levantamentos,uma vez que so muito comuns diferenas significati-vas nos estoques de C encontradas nos solos em dife-rentes exposies, posies topogrficas e materiaisparentais numa mesma montanha (Yimer et al., 2006;Garcia-Pausas et al., 2007).

    Pela estimativa realizada por fotos horizontais eareas de 1980 do Instituto de Terras e Cartografia(ITC-PR), obteve-se uma rea de aproximadamente8 ha de campos altomontanos na Serra da Igreja,distribudos em pelo menos 18 pequenos fragmentos,

    encravados em ambientes sob dominncia da florestaaltomontana. Com base no levantamento do Pr-Atlntica (2002), foi estimada uma rea de pelo menos400 ha para a floresta altomontana. Isso correspondea aproximadamente 2.518 e 86.880 Mg de C estocadasnos solos dos campos e florestas altomontanas da Serrada Igreja, respectivamente. Contudo, ressalta-se queno presente trabalho foram estimados apenas ospotenciais de estoques de C, sendo necessriasestimativas em escalas de maior detalhe, considerandoa dificuldade de mapear inmeros outros pequenosfragmentos de campos e de separar as florestasmontanas das altomontanas, da sua transio, dosafloramentos de rocha e da vegetao rupestre, bem

    como considerar demais tipos de solos.Apesar de apresentarem teores de C pelo menos 10

    vezes menores do que os dos horizontes hsticos, oshorizontes minerais gleizados dos Gleissolos da florestaaltomontana possuem quase a metade do estoque deC do solo (48 %). Essa compensao deve-se sdensidades do solo 10 vezes superiores s dos horizonteshsticos (Quadro 3). Nos campos, somente osOrganossolos Hplicos spricos trricos apresentamcontribuio significativa dos horizontes gleizados parao estoque de C total do solo (em mdia, 28 %). Oshorizontes gleizados dos demais Organossolosmostraram pequena contribuio, entre 0 e 5 %

    (Quadro 3).Ambos os valores, principalmente os dos campos,

    podem ser considerados altos, pois so da mesmamagnitude dos estoques de C encontrados por Yimeret al. (2006), em florestas na Etipia (326 a 460 Mg ha-1C),em altitudes muito mais elevadas (de 2390 a3580 m s.n.m.) e em temperaturas mdias anuais umpouco menores do que as do presente estudo (entre 9,2e 12,1 C), porm em baixas latitudes e baixaprecipitao anual (985 mm). Os valores calculadospara os campos altomontanos na Serra da Igreja somais do que o dobro dos encontrados por Garcia-Pausaset al. (2007) em campos alpinos e subalpinos da

    Espanha (153 Mg ha-1C), em altitudes e latitudessuperiores s do presente estudo, precipitao similar

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    e temperaturas mdias anuais entre -0,7 e 5 C. Nessecaso, as baixas temperaturas devem resultar em menorprodutividade primria e, consequentemente, emmenor acmulo de matria orgnica no solo do que asreas do presente estudo. Reservas de C muitomenores (entre 48 e 86 Mg ha-1C) foram encontradasem campos manejados na Alemanha, com baixastemperaturas (mdia anual de 8 C), porm com baixaprecipitao mdia anual (em torno de 600 mm) (Donet al., 2007).

    Os estoques de C no solo para os principais stiosda Floresta Amaznica (Batjes & Dijksboorn, 1999;Novaes Filho et al., 2007) tambm so vrias vezesmenores (entre 40 e 98 Mg ha-1C) que os do presenteestudo, provavelmente devido s elevadas mdiasanuais de temperaturas e precipitaes, as quaisfavorecem a rpida decomposio com menores taxasde humificao. Entretanto, sobre Organossolos,Batjes & Dijksboorn (1999) estimaram valores muitomaiores (724 Mg ha-1C) que os estimados na Serrada Igreja, certamente devido baixa decomposio,por se tratar de solos hidromrficos e pela consideraode valores mdios de densidade superiores.

    Os solos altomontanos ora estudados estocam maisC do que solos em diversas formaes nativas (de 37 a118 Mg ha-1C), em altitudes mais baixas na mesmalatitude, muitas delas com maior produtividadeprimria, conforme dados de Britez et al. (2006) eBalbinot (2009).

    Comparaes com os estoques de carbono na

    biomassa acima do solo em florestasOs valores mdios de C estocado no solo dos campos

    altomontanos e das florestas altomontanas na Serrada Igreja (314,7 e 217,2 Mg ha-1C, respectivamente)so superiores s maiores estimativas dos estoquespara a fitomassa da prpria Floresta Ombrfila Den-sa Submontana (em torno de 200 Mg ha-1C, mdiaprxima a 120 Mg ha-1C), formao que apresentauma das maiores biomassas acima do solo (Tiepolo etal., 2002; Vieira et al., 2008). Britez et al. (2006),com base em dados de diversos inventriosfitossociolgicos, para diversas regies fitoecolgicas doBioma Mata Atlntica no Paran, estimaram esto-

    ques de C acima do solo de 26 Mg ha-1C (formaosecundria em estdio inicial) a 153 Mg ha-1C (florestabem desenvolvida), ambos em regio da FlorestaOmbrfila Densa. Novamente, essas informaes rele-vam a grande importncia dos estoques de C nos solosdos ecossistemas altomontanos, considerando que osolo do campo tem a capacidade mdia de estocar maisdo que o dobro do estoque presente na biomassa vivaacima do solo da Floresta Ombrfila Densa Submontana,a qual, possivelmente, apresenta a maior produtivi-dade primria entre as formaes mencionadas.

    Estoque potencial de gua

    Os horizontes superficiais hsticos apresentam altapermeabilidade saturada (at 537 cm h-1; Quadro 3).

    No entanto, medida que a gua permeia os horizontessubjacentes, principalmente o hstico mais profundo(sprico) no caso dos Organosssolos e dos horizontesgleizados nos Gleissolos, h brusca diminuio dapermeabilidade (2 a 6 cm/h), favorecendo maiorreteno hdrica no volume. Nos perfis abertos emOrganossolos foi possvel, por diferenas das cores deN2/ para 10YR 2/1 a 10YR 3/2, perceber fluxos hdricoslaterais de subsuperfcie nos horizontes hsticossubsuperficiais (hmicos e spricos).

    A permeabilidade muito alta dos horizontessuperficiais deve-se s suas caractersticas fbricas,as quais possuem as menores densidades (0,132 a0,08 kg dm-3), maior macroporosidade e aerao, bemcomo, provavelmente, tima conectividade dos poros.A despeito da grande capacidade de reteno hdricados horizontes hsticos, os teores de gua disponvelso baixos (Quadro 3).

    Os horizontes gleis dos Gleissolos apresentarammenores porosidades totais, alm de menor percentualde macroporos, o que incorre em menor capacidade deaerao e diminuio da permeabilidade saturada fato relacionado mudana de textura e estruturados horizontes (Quadro 3).

    Segundo Machado & Favaretto (2006), o aumentoda disponibilidade de gua em solos com maiores teo-res de matria orgnica deve-se influncia desta naestrutura do solo e no da gua retida no materialorgnico. A matria orgnica apresenta elevada umi-dade na capacidade de campo, porm a umidade no

    ponto de murcha tambm aumenta proporcionalmen-te.

    A reteno hdrica mxima (umidade de saturaoem volume) pode ser considerada a porosidade totaldo solo. No entanto, a saturao por gua de todos osespaos porosos pode no ocorrer plenamente, poisalguns microporos podem permanecer com ar mesmoaps o processo de saturao (Machado & Favaretto,2006).

    Uma simples estimativa da capacidade dearmazenamento de gua pode ser calculada por meioda umidade volumtrica, obtida pela diferena entrea porosidade total e a porosidade de aerao (Prevedello,1996). Considerando que pelo menos 95 % doshorizontes hsticos dos Organossolos so poros(Quadro 3) e que a profundidade mdia de 58 cm esua umidade volumtrica de 71 %, significa que cadametro quadrado de solo pode reter 411,8 L de gua(4.118 m3ha-1). Isso significa que a fase slida doshorizontes hsticos dos Organossolos dos camposaltomontanos retm aproximadamente 12 vezes (6 a16) seu volume em gua (ou de 4 a 10 vezes seu pesoem gua), e isso deve-se, sobretudo, sua estrutura;mais especificamente, as estimativas para osOrganossolos analisados (perfis 1 e 2) foram de 2.912e 5.567 m3ha-1, respectivamente.

    Para o Gleissolo (perfil 3), a capacidade dearmazenamento de gua foi estimada em 2.969 m3ha-1.

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    Por se tratar de horizontes minerais, a fase slida doshorizontes gleizados (entre 26 e 49 %) muito superior dos horizontes hsticos (entre 4 e 10 %). Portanto,esses horizontes retm apenas entre 0,9 e 1,5 vezesseu volume em gua (ou de 0,36 a 0,63 seu peso emgua). Apesar de os valores de umidade volumtrica(mdia de 48 %) serem menores do que os encontradospara os horizontes hsticos, devido sua menorporosidade total e de aerao, os horizontes gleizadoscontribuem com uma importante parcela noarmazenamento de gua nos solos altomontanos, sendo29 % no perfil 2 (Organossolo do campo) e 49 % noperfil 3 (Gleissolo na floresta).

    Esses resultados indicam alta capacidade dos solosaltomontanos de reteno de gua e regulao dosfluxos hdricos nas cabeceiras de bacias hidrogrficase esto prximos dos valores apresentados por SoilSurvey Staff (1992), em que o material orgnico fbrico o que possui a maior capacidade de armazenar gua:de 8,5 a 30 vezes seu peso seco, ao passo que o hmicopode reter de 4,5 a 8,5 vezes, e o sprico, at 4,5 vezes.

    CONCLUSES

    1. Os solos altomontanos da Serra da Igreja sodistrficos, extremamente cidos, e apresentam altasaturao por Al trocvel e altos teores de C orgnicototal.

    2. As florestas esto fortemente estabelecidas porcontrole estrutural de vales e colos relacionados amaior ao de processos morfogenticos, os quaisresultam em solos com horizontes minerais e maioracmulo de argila, como os Gleissolos Hplicos alticostpicos encontrados no presente estudo. A maiordensidade desses horizontes proporciona maiorconsistncia para a condio de suporte edesenvolvimento de espcies arbreas. Portanto, nosambientes altomontanos, o espessamento doshorizontes minerais e o adelgaamento dos orgnicospromovem o desenvolvimento da floresta.

    3. Os campos altomontanos ocupam cumeeirasaguadas sobre Organossolos Flicos fbricos/spricos

    (lticos e tpicos) e Organossolos Hplicos fbricos/spricos (tpicos e trricos) dispostos em rampasconvexas divergentes, nas quais os processospedogenticos promoveram maior espessura dehorizontes hsticos. As baixas densidades e menoresconsistncias desses horizontes, associadas scondies de hidromorfia plena sazonal e presenade fortes ventos, proporcionam forte restrio ocupao desses ambientes pela floresta. Nos locaisestudados, somente aps abrupta ruptura de declive,rampas cncavas-convergentes propiciam odesenvolvimento da floresta sobre Gleissolos comhorizontes hsticos.

    4. Os estoques de C por unidade de rea nos solosdos campos so superiores (314,7 Mg ha-1C) aos das

    florestas altomontanas (217,2 Mg ha-1C), sendo ambosconsiderados altos, comparados aos dados de outrosecossistemas disponveis na literatura, bem comosuperiores aos estoques estimados para a biomassaarea de florestas submontanas, as quais apresentamalta produtividade primria.

    5. Os altos potenciais de armazenamento hdricodos solos altomontanos estudados (entre 291,2 e556,7 L m-2) esto fortemente relacionados s altasporosidades totais dos horizontes hsticos em conjuntocom horizontes gleizados. Essas caractersticas, bemcomo a capacidade de filtro desses solos, pelo altocontedo de materiais orgnicos, tambm devem serreconhecidas como importantes funcionalidades dessesambientes, as quais implicam na necessidade de suapreservao.

    AGRADECIMENTOS

    Fundao O Boticrio de Proteo Natureza,pelo patrocnio, e Sociedade Chau, pelo apoio aoprojeto, em especial a Christopher Blum. Somos gratosao auxlio de campo de Marcos Rachwal, Marcos deSouza, Letcia Sousa, Yury Vashchenko, AnetteBonnet e Marcia de Lima. Agradecemos tambm ascontribuies de Renato Dedecek, Celso Prevedello,Renato Goldenberg, Alexandre Uhlmann, FranklinGalvo, Luiz Carlos Pessenda, Kelly Gtseit, AlanMocochinski, Celina Wisniewski e dos revisores

    annimos da revista.

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