Low fertilization optimizes the water use efficiency of an Amazonian canga grass for mineland rehabilitation / Baixa fertilização otimiza a eficiência do uso da água de uma gramínea nativa da canga amazônica para reabilitação de minas

The peculiar characteristics of mining waste substrates represent a significant challenge for environmental rehabilitation. Here, we evaluated the revegetation potential of Paspalum cinerascens on substrates from mining areas of Serra dos Carajás, a region harboring a large mine complex in the eastern Brazilian Amazon. Paspalum cinerascens is a native grass widely distributed in the canga ecosystem, a vegetation type covering iron ore reserves. Seeds of P. cinerascens harvested in canga were germinated in sterilized quartzite sand and the seedlings grown in controlled conditions for 90 days. The seedlings were then cultivated in canga topsoil (control, without fertilization) and mining waste substrate with half and complete fertilization currently applied at the beginning of mineland rehabilitation in Serra dos Carajás. Regardless of fertilization, plants grown in the mining waste substrate did not differ in carbon assimilation, tillering rate and root biomass, despite higher leaf nutrient content and lower root: shoot ratio when compared to plants in canga topsoil. Compared to the control, complete fertilization led to significantly taller plants, higher shoot biomass and reduced water use efficiency. Half fertilization led to higher phosphorus and water use efficiency and stomatal density. Our results confirmed that P. cinerascens has adaptive traits to grow and thrive in the harsh environmental conditions of post iron ore mining, and can be used in rehabilitation processes. Moreover, half fertilization led to plants with optimized water loss in exchange for carbon without significant costs to plant growth, an interesting trait for rehabilitation in areas experiencing water restrictions.(AU)

As características peculiares dos substratos de remanescentes da mineração (estéril de mina) representam um desafio para a recuperação ambiental. Neste estudo avaliamos o potencial de uso de Paspalum cinerascens para revegetação de estéril de mina na Serra dos Carajás, Pará (Brasil). Paspalum cinerascens é uma gramínea nativa amplamente distribuída nas cangas, vegetação típica dos campos rupestres que cobrem reservas de minério de ferro. As plantas de P. cinerascens foram cultivadas em topsoil de canga (controle) e em estéril de mina com meio e completo regime de fertilização atualmente empregado para revegetação das áreas mineradas na Serra dos Carajás. Foram utilizadas sementes coletadas nas cangas e as plantas foram cultivadas em condições controladas por 90 dias. Independentemente da fertilização, plantas cultivadas em estéril de mina não apresentaram diferenças significativas na assimilação de carbono, perfilhamento ou biomassa radicular, apesar de valores mais elevados de nutrientes foliares e menor razão raiz: parte aérea quando comparadas às plantas em topsoil de canga. A fertilização completa resultou em plantas mais altas, maior biomassa aérea e menor eficiência no uso da água. Metade da fertilização aumentou a densidade estomática, a eficiência de uso da água e de fósforo. Esses resultados confirmaram que P. cinerascens possui características adaptativas para crescer e prosperar em condições ambientais adversas remanescentes da mineração, sendo indicada para uso em processos de recuperação de áreas degradadas na Serra dos Carajás. Além disso, o uso de metade do regime de fertilização otimiza o uso da água pelas plantas sem perdas significativas de crescimento, uma característica desejável para recuperação de áreas com restrições hídricas.(AU)

Nutrient requirements of paricá (Schizolobium parahyba var. amazonicum): optimizing seedling quality for reforestation programs / Exigências nutricionais do paricá (Schizolobium parahyba var. amazonicum): otimizando a qualidade de mudas para programas de reflorestamento

Amazonian reforestation programs emphasize the use of species native to the region. However, reforestation using native species requires the production of high-quality seedlings. The present study aimed to evaluate the development and quality of seedlings of paricá (Schizolobium parahyba var. amazonicum), a species native to the Amazon with high potential for reforestation activities. We carried out a greenhouse experiment in which seedlings were subjected to treatments with varying presence of major and micronutrients in the substrate, and evaluated the effect on functional attributes (plant height, stem diameter, specific leaf area, shoot and root dry matter) and physiological response (chlorophyll a, b and carotenoid concentrations). Our results showed that nutrient omission significantly affects paricá seedling growth. Considering the assessed biometric and physiological variables, the highest nutritional requirements of seedlings were for N, P, K, micronutrients, Mg and S, while seedling quality was maintained in the absence of Ca. Overall, this species shows efficient use of available nutrients and potential for growth in soils with low concentrations of bases. Therefore, for the production of high-quality paricá seedlings, major and micronutrients should be added and lime is essential, but the good seedling performance under Ca omission suggested that this element does not need to be added to the soil.(AU)

Os programas de reflorestamento da Amazônia enfatizam o uso de espécies nativas da região. No entanto, o reflorestamento com espécies nativas requer a produção de mudas de alta qualidade. O presente estudo teve como objetivo avaliar o desenvolvimento e a qualidade de mudas de paricá (Schizolobium parahyba var. amazonicum), espécie nativa da Amazônia com alto potencial para atividades de reflorestamento. Realizamos um experimento em casa de vegetação no qual mudas foram submetidas a tratamentos com presença variável de macro e micronutrientes no substrato, e avaliamos o efeito sobre os atributos funcionais (altura da planta, diâmetro do caule, área foliar específica, matéria seca da parte aérea e raiz) e resposta fisiológica (concentração de clorofila a, b e carotenóides). Nossos resultados mostraram que a omissão de nutrientes afeta significativamente o crescimento do paricá. Considerando as variáveis biométricas e fisiológicas avaliadas, as maiores exigências nutricionais das plântulas foram para N, P, K, micronutrientes, Mg e S, enquanto a qualidade das plântulas foi mantida na ausência de Ca. De modo geral, esta espécie apresenta uso eficiente dos nutrientes disponíveis e potencial de crescimento em solos com baixas concentrações de bases. Portanto, para a produção de mudas de paricá de alta qualidade, devem ser adicionados macro e micronutrientes e o calcário é essencial, mas o bom desempenho das mudas sob omissão de Ca sugere que este elemento não precisa ser adicionado ao solo.(AU)

Assessment of fire hazard weather indices in theeastern Amazon: a case study for different land uses / Avaliação dos índices climáticos de perigo de incêndio na Amazôniaoriental: um estudo de caso para diferentes usos do solo

The fire frequency in the Amazon increased rapidly after the 1990s due to deforestation and forest degradation, and it is expected to increase in response to climate change. We analyzed the fire occurrence and assessed seven fire hazard indices in the municipality of Canaã dos Carajás, in the eastern Amazon, for different land use and land cover (LULC) types. We used data from three weather stations located at different heights to compare the performance of the indices using skill scores and success percentages for each LULC. Overall most hotspots occurred in deforested areas and native forests, which were the main LULC types, while few were observed in rupestrian fields, urban areas, and mining areas. However, forests presented the lowest number of hotspots per unit area, especially inside protected areas, and all hotspots in forest areas were observed after a severe drought in 2015. The performance of the fire indices varied as a function of the LULC class and the weather station considered, which indicates the importance of choosing the most appropriate location of the station according to the purpose of the monitoring. The Keetch-Byram Drought Index showed the best performance for predicting fire occurrence for all LULC classes, and forests and deforested areas individually. Despite its simplicity, the Angstrom index stood out due to its good performance in the prediction of days with more than six hotspots.

A frequência dos incêndios na Amazônia aumentou rapidamente após a década de 1990 devido ao desmatamento e degradação florestal, e espera-se que continue aumentando em resposta às mudanças climáticas. Analisamos a ocorrência de incêndios e avaliamos sete índices de perigo de incêndio no município de Canaã dos Carajás, na Amazônia oriental, para diferentes tipos de uso e cobertura do solo. Usamos dados de três estações meteorológicas situadas em diferentes altitudes para comparar o desempenho dos índices usando skill scores e porcentagens de sucesso para cada uso do solo. Em geral, a maior parte dos focos de calor ocorreu em áreas desmatadas e florestas nativas, que têm as maiores áreas de cobertura no município, enquanto poucos focos foram observados nas áreas de campo rupestre, urbanas e de mineração. No entanto, as florestas apresentaram o menor número de focos de calor por unidade de área, especialmente dentro de áreas protegidas, e todos os focos em floresta foram observados após uma seca severa em 2015. O desempenho dos índices de incêndio variou em função do uso do solo e da estação meteorológica utilizada, mostrando a importância da escolha da localização apropriada da estação, conforme o objetivo do monitoramento. O Índice de Seca Keetch-Byram apresentou o melhor desempenho para predizer a ocorrência de incêndios considerando todos os usos do solo, e para as áreas de floresta e desmatadas separadamente. Apesar de sua simplicidade, o índice de Angstrom se destacou por seu desempenho na predição de dias com mais de seis focos de calor detectados.

Assessment of fire hazard weather indices in the eastern Amazon: a case study for different land uses

RESUMO A frequência dos incêndios na Amazônia aumentou rapidamente após a década de 1990 devido ao desmatamento e degradação florestal, e espera-se que continue aumentando em resposta às mudanças climáticas. Analisamos a ocorrência de incêndios e avaliamos sete índices de perigo de incêndio no município de Canaã dos Carajás, na Amazônia oriental, para diferentes tipos de uso e cobertura do solo. Usamos dados de três estações meteorológicas situadas em diferentes altitudes para comparar o desempenho dos índices usando skill scores e porcentagens de sucesso para cada uso do solo. Em geral, a maior parte dos focos de calor ocorreu em áreas desmatadas e florestas nativas, que têm as maiores áreas de cobertura no município, enquanto poucos focos foram observados nas áreas de campo rupestre, urbanas e de mineração. No entanto, as florestas apresentaram o menor número de focos de calor por unidade de área, especialmente dentro de áreas protegidas, e todos os focos em floresta foram observados após uma seca severa em 2015. O desempenho dos índices de incêndio variou em função do uso do solo e da estação meteorológica utilizada, mostrando a importância da escolha da localização apropriada da estação, conforme o objetivo do monitoramento. O Índice de Seca Keetch-Byram apresentou o melhor desempenho para predizer a ocorrência de incêndios considerando todos os usos do solo, e para as áreas de floresta e desmatadas separadamente. Apesar de sua simplicidade, o índice de Angstrom se destacou por seu desempenho na predição de dias com mais de seis focos de calor detectados.

ABSTRACT The fire frequency in the Amazon increased rapidly after the 1990s due to deforestation and forest degradation, and it is expected to increase in response to climate change. We analyzed the fire occurrence and assessed seven fire hazard indices in the municipality of Canaã dos Carajás, in the eastern Amazon, for different land use and land cover (LULC) types. We used data from three weather stations located at different heights to compare the performance of the indices using skill scores and success percentages for each LULC. Overall most hotspots occurred in deforested areas and native forests, which were the main LULC types, while few were observed in rupestrian fields, urban areas, and mining areas. However, forests presented the lowest number of hotspots per unit area, especially inside protected areas, and all hotspots in forest areas were observed after a severe drought in 2015. The performance of the fire indices varied as a function of the LULC class and the weather station considered, which indicates the importance of choosing the most appropriate location of the station according to the purpose of the monitoring. The Keetch-Byram Drought Index showed the best performance for predicting fire occurrence for all LULC classes, and forests and deforested areas individually. Despite its simplicity, the Angstrom index stood out due to its good performance in the prediction of days with more than six hotspots.

Assessment of fire hazard weather indices in theeastern Amazon: a case study for different land uses / Avaliação dos índices climáticos de perigo de incêndio na Amazôniaoriental: um estudo de caso para diferentes usos do solo

The fire frequency in the Amazon increased rapidly after the 1990s due to deforestation and forest degradation, and it is expected to increase in response to climate change. We analyzed the fire occurrence and assessed seven fire hazard indices in the municipality of Canaã dos Carajás, in the eastern Amazon, for different land use and land cover (LULC) types. We used data from three weather stations located at different heights to compare the performance of the indices using skill scores and success percentages for each LULC. Overall most hotspots occurred in deforested areas and native forests, which were the main LULC types, while few were observed in rupestrian fields, urban areas, and mining areas. However, forests presented the lowest number of hotspots per unit area, especially inside protected areas, and all hotspots in forest areas were observed after a severe drought in 2015. The performance of the fire indices varied as a function of the LULC class and the weather station considered, which indicates the importance of choosing the most appropriate location of the station according to the purpose of the monitoring. The Keetch-Byram Drought Index showed the best performance for predicting fire occurrence for all LULC classes, and forests and deforested areas individually. Despite its simplicity, the Angstrom index stood out due to its good performance in the prediction of days with more than six hotspots.(AU)

A frequência dos incêndios na Amazônia aumentou rapidamente após a década de 1990 devido ao desmatamento e degradação florestal, e espera-se que continue aumentando em resposta às mudanças climáticas. Analisamos a ocorrência de incêndios e avaliamos sete índices de perigo de incêndio no município de Canaã dos Carajás, na Amazônia oriental, para diferentes tipos de uso e cobertura do solo. Usamos dados de três estações meteorológicas situadas em diferentes altitudes para comparar o desempenho dos índices usando skill scores e porcentagens de sucesso para cada uso do solo. Em geral, a maior parte dos focos de calor ocorreu em áreas desmatadas e florestas nativas, que têm as maiores áreas de cobertura no município, enquanto poucos focos foram observados nas áreas de campo rupestre, urbanas e de mineração. No entanto, as florestas apresentaram o menor número de focos de calor por unidade de área, especialmente dentro de áreas protegidas, e todos os focos em floresta foram observados após uma seca severa em 2015. O desempenho dos índices de incêndio variou em função do uso do solo e da estação meteorológica utilizada, mostrando a importância da escolha da localização apropriada da estação, conforme o objetivo do monitoramento. O Índice de Seca Keetch-Byram apresentou o melhor desempenho para predizer a ocorrência de incêndios considerando todos os usos do solo, e para as áreas de floresta e desmatadas separadamente. Apesar de sua simplicidade, o índice de Angstrom se destacou por seu desempenho na predição de dias com mais de seis focos de calor detectados.(AU)

Phylogenetic structure is determined by patch size in rock outcrop vegetation on an inselberg in the northern Amazon region / Estrutura filogenética é determinada pelo tamanho de manchas de vegetação sobre afloramento rochoso em um inselberg na região norte da Amazônia

Although inselbergs from around the world are iconic ecosystems, little is known on the underlying mechanisms of community assembly, especially in their characteristic patchy outcrop vegetation. Environmental constraints are expected to cause phylogenetic clustering when ecological niches are conserved within evolutionary lineages. We tested whether vegetation patches from rock outcrops of the Piedra La Tortuga Natural Monument, in the northern Amazon region, are phylogenetically clustered, indicating that environmental filtering is the dominant driver of community assemblage therein. We classified all patches according to their size as very small (< 1 m2), small (1-4 m2), medium-sized (4-8 m2), and large patches (8-15 m2). From each class, we randomly selected 10 patches, totalizing 40 patches covering 226 m2. All individuals found in the 40 isolated patches were identified to the species level. We also correlated measurements of phylogenetic community structure with patch size. We found that species from patches are restricted to the clades monocots, fabids, malvids, and lamiids. We conclude that vegetation in this rock outcrop is phylogenetically clustered. Furthermore, we found that phylogenetic turnover between pairs of patches increases with patch size, which is consistent with a scenario of higher environmental stress in smaller patches. Further research is necessary to identify nurse species in inselberg vegetation, which is pivotal for conservation and restoration of this particular ecosystem.

Ainda que os inselbergs ao redor do mundo sejam ecossistemas icônicos, pouco se sabe sobre os mecanismos subjacentes que estruturam suas comunidades vegetais, especialmente nas manchas de vegetação sobre afloramentos rochosos. Espera-se que as restrições ambientais causem agrupamento filogenético quando os nichos ecológicos são conservados dentro das linhagens evolutivas. Nós testamos se as manchas de vegetação dos afloramentos rochosos do Monumento Natural Piedra La Tortuga, no norte da região amazônica, apresentam indicadores filogenéticos de que a filtragem ambiental é o principal direcionador da estruturação da comunidade. Classificamos todas as manchas de acordo com seu tamanho como muito pequenas (<1 m2), pequenas (1-4 m2), médias (4-8 m2) e grandes (8-15 m2). Selecionamos aleatoriamente 10 manchas em cada classe de tamanho, totalizando 40 manchas cobrindo 226 m2. Todos os indivíduos encontrados nas 40 manchas foram identificados ao nível de espécie. Correlacionamos as medidas da estrutura filogenética da comunidade com o tamanho das manchas e encontramos que as espécies das manchas são restritas aos clados das monocotiledôneas, fabídeas, malvídeas e lamiídeas. Concluímos que a vegetação neste afloramento rochoso é agrupada filogeneticamente. Além disso, encontramos que o turnover filogenético entre pares de manchas aumenta com o tamanho da mancha, o que é consistente com um cenário de alto estresse ambiental nas manchas menores. São necessárias mais pesquisas para identificar espécies facilitadoras, que são fundamentais para a conservação e restauração destes ecossistemas.

Phylogenetic structure is determined by patch size in rock outcrop vegetation on an inselberg in the northern Amazon region / Estrutura filogenética é determinada pelo tamanho de manchas de vegetação sobre afloramento rochoso em um inselberg na região norte da Amazônia

Although inselbergs from around the world are iconic ecosystems, little is known on the underlying mechanisms of community assembly, especially in their characteristic patchy outcrop vegetation. Environmental constraints are expected to cause phylogenetic clustering when ecological niches are conserved within evolutionary lineages. We tested whether vegetation patches from rock outcrops of the Piedra La Tortuga Natural Monument, in the northern Amazon region, are phylogenetically clustered, indicating that environmental filtering is the dominant driver of community assemblage therein. We classified all patches according to their size as very small (< 1 m2), small (1-4 m2), medium-sized (4-8 m2), and large patches (8-15 m2). From each class, we randomly selected 10 patches, totalizing 40 patches covering 226 m2. All individuals found in the 40 isolated patches were identified to the species level. We also correlated measurements of phylogenetic community structure with patch size. We found that species from patches are restricted to the clades monocots, fabids, malvids, and lamiids. We conclude that vegetation in this rock outcrop is phylogenetically clustered. Furthermore, we found that phylogenetic turnover between pairs of patches increases with patch size, which is consistent with a scenario of higher environmental stress in smaller patches. Further research is necessary to identify nurse species in inselberg vegetation, which is pivotal for conservation and restoration of this particular ecosystem.(AU)

Ainda que os inselbergs ao redor do mundo sejam ecossistemas icônicos, pouco se sabe sobre os mecanismos subjacentes que estruturam suas comunidades vegetais, especialmente nas manchas de vegetação sobre afloramentos rochosos. Espera-se que as restrições ambientais causem agrupamento filogenético quando os nichos ecológicos são conservados dentro das linhagens evolutivas. Nós testamos se as manchas de vegetação dos afloramentos rochosos do Monumento Natural Piedra La Tortuga, no norte da região amazônica, apresentam indicadores filogenéticos de que a filtragem ambiental é o principal direcionador da estruturação da comunidade. Classificamos todas as manchas de acordo com seu tamanho como muito pequenas (<1 m2), pequenas (1-4 m2), médias (4-8 m2) e grandes (8-15 m2). Selecionamos aleatoriamente 10 manchas em cada classe de tamanho, totalizando 40 manchas cobrindo 226 m2. Todos os indivíduos encontrados nas 40 manchas foram identificados ao nível de espécie. Correlacionamos as medidas da estrutura filogenética da comunidade com o tamanho das manchas e encontramos que as espécies das manchas são restritas aos clados das monocotiledôneas, fabídeas, malvídeas e lamiídeas. Concluímos que a vegetação neste afloramento rochoso é agrupada filogeneticamente. Além disso, encontramos que o turnover filogenético entre pares de manchas aumenta com o tamanho da mancha, o que é consistente com um cenário de alto estresse ambiental nas manchas menores. São necessárias mais pesquisas para identificar espécies facilitadoras, que são fundamentais para a conservação e restauração destes ecossistemas.(AU)