CAMILA LAÍS FARRAPO AVALIAÇÃO DE ISÓTOPOS ESTÁVEIS NOS ANÉIS DE CRESCIMENTO DE ÁRVORES DO GÊNERO Cedrela DA FLORESTA AMAZÔNICA E DA CAATINGA LAVRAS - MG 2019 1 CAMILA LAÍS FARRAPO AVALIAÇÃO DE ISÓTOPOS ESTÁVEIS NOS ANÉIS DE CRESCIMENTO DE ÁRVORES DO GÊNERO Cedrela DA FLORESTA AMAZÔNICA E DA CAATINGA Tese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Biomateriais, área de concentração em Compósitos e Nanocompósitos Lignocelulósicos, para a obtenção do título de Doutora. Prof. Dr. José Roberto Soares Scolforo Orientador Profa. Dra. Ana Carolina Maioli Campos Barbosa Coorientadora LAVRAS – MG 2019 2 Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema de Geração de Ficha Catalográfica da Biblioteca Universitária da UFLA, com dados informados pelo(a) próprio(a) autor(a). Farrapo, Camila Laís. Avaliação de isótopos estáveis nos anéis de crescimento de árvores do gênero Cedrela da Floresta Amazônica e da Caatinga / Camila Laís Farrapo. - 2019. 77 p. : il. Orientador(a): José Roberto Soares Scolforo. Coorientador(a): Ana Carolina Maioli Campos Barbosa. Tese (doutorado) - Universidade Federal de Lavras, 2019. Bibliografia. 1. Dendrocronologia. 2. Sinais climáticos. 3. Floresta tropical. I. Scolforo, José Roberto Soares. II. Barbosa, Ana Carolina Maioli Campos. III. Título. O conteúdo desta obra é de responsabilidade do(a) autor(a) e de seu orientador(a). 3 CAMILA LAÍS FARRAPO AVALIAÇÃO DE ISÓTOPOS ESTÁVEIS NOS ANÉIS DE CRESCIMENTO DE ÁRVORES DO GÊNERO Cedrela DA FLORESTA AMAZÔNICA E DA CAATINGA STABLE CARBON ISOTOPE OF Cedrela TREE RINGS FROM AMAZON FOREST AND CAATINGA, BRAZIL Tese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Biomateriais, área de concentração em Compósitos e Nanocompósitos Lignocelulósicos, para a obtenção do título de Doutora. APROVADA em 05 de agosto de 2019. Dra. Ana Carolina Maioli Campos Barbosa UFLA Dr. Rubens Manoel dos Santos UFLA Dr. Jean Daniel Morel UFLA Dra. Nathalle Cristine Alencar Fagundes UFLA Dr. Giuliano Masselli Locosselli USP Prof. Dr. José Roberto Soares Scolforo Orientador LAVRAS – MG 2019 4 À minha mãe pelo amor incondicional e por ser o meu maior exemplo de vida. Dedico 5 AGRADECIMENTOS À Universidade Federal de Lavras, meu eterno amor e gratidão pelos últimos 12 anos de desenvolvimento profissional e pessoal. Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Biomateriais, representado pelo meu orientador Scolforo e Professores Lourival, Rafael e Gustavo, por todo apoio e ajuda na condução do mestrado e doutorado. À Professora Ana Carolina, que surgiu no meio do doutorado como minha coorientadora e me pegou pelo braço. Tem sido, além de colega, mãe e amiga. Agradeço pela confiança e por ter fornecido todo suporte e segurança para condução deste trabalho. Ao meu chefe, Professor Rubens, pela paciência, compreensão e amparo na reta final da tese. Agradeço também por viabilizar os desafios que ampliaram meus horizontes. Aos parceiros desse projeto Dr. Roel Brienen e Dr. Santiago Clerici (University of Leeds), Dr David Stahle e Dra. Daniela Granato de Souza (University of Arkansas) e Dr. Arnaud Boom (University of Leicester), agradeço por toda contribuição. Aos meus admiráveis colegas dos isótopos, Bruno Cintra e Giuliano Locosselli, por me ensinarem com muita paciência tudo sobre extração de celulose e análise isotópica durante minhas visitas à School of Geography da University of Leeds. Agradeço também aos colegas Adriane, Alfredo, Carol, Chico, Fernanda, Julia, Karina, Karol, Julia e Marta que aqueceram minha estadia, fazendo com que fosse muito mais leve e divertida. Aos meus amigos e parceiros acadêmicos Cléber, Gabriel e Vinícius Maia que, com a maior serenidade, estavam sempre ouvindo meu desespero e reclamações. Agradeço por terem sido peças essenciais durante o desenvolvimento e conclusão deste trabalho. Às queridas amigas Tamires Galvão e Elisa Mousinho e demais companheiras da República Menina Veneno, por todo suporte, conforto e incentivo. Aos demais amigos do laboratório da Ecologia Florestal, pelo companheirismo na nossa luta diária pela busca do conhecimento e desenvolvimento da pesquisa. Às agências de fomento CNPq, CAPES, FAPEMIG e NSF que viabilizaram esta tese. Enfim, a todos aqueles que participaram de forma direta ou indireta na realização desse trabalho, meu muito obrigada! 6 RESUMO Frente às atuais mudanças climáticas, cresce a preocupação quanto à conservação das Florestas Neotropicais. No entanto, a carência de estudos limita a percepção de eventos passados e prejudica a predição da resiliência das árvores diante das variações climáticas futuras. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo avaliar o registro isotópico de carbono da celulose dos anéis de crescimento de árvores do gênero Cedrela na Floresta Amazônica e Caatinga, visando identificar padrões intra-anuais, sinais climáticos e possíveis estratégias das árvores diante da precipitação e temperatura. Para a extração de celulose, foram utilizados discos datados de Cedrela odorata e Cedrela fissilis oriundos das cronologias previamente desenvolvidas para região da FLOTA do Paru e para um fragmento de Floresta Tropical Sazonalmente Seca (FTSS), respectivamente. Com intuito de abranger diferentes etapas do crescimento radial, cada anel foi seccionado em três partes iguais durante o período de 1970 a 1995 para posterior obtenção da discriminação isotópica de carbono (∆13C). A C. odorata na Amazônia revelou um padrão crescente de ∆13C intra-anual e apresentou sinais climáticos apenas da estação corrente, sendo a relação negativa entre a ∆13C do início do anel e a temperatura média e positiva entre a ∆13C do final do anel e a precipitação. Dessa forma, nesse ambiente pouco restritivo, provavelmente as árvores iniciam o crescimento radial concomitantemente às fenofases utilizando carbono oriundo de reservas e em seguida continuam o desenvolvimento com fotoassimilado da estação corrente. Já a C. fissilis da FTSS não revelou padrão de ∆13C intra- anual e evidenciou apenas sinais de precipitação da estação úmida e seca anterior ao crescimento na ∆13C, tanto no início como no final do anel, sugerindo que esses indivíduos utilizam predominantemente o carbono assimilado no ano anterior para o desenvolvimento corrente do tronco, sendo a precipitação a principal propulsora do crescimento em um ambiente sazonalmente seco. Palavras-chave: Discriminação isotópica. Dendrocronologia. Utilização de recursos. Sinais climáticos. Floresta tropical. 7 ABSTRACT There is growing concern about the conservation of Neotropical Forests in face of the current climate changes. Nevertheless, the lack of studies limits the understanding of the behaviour of trees during past events and their predicted resilience towards future climatic variations. In this context, we evaluate the stable carbon isotope record of cellulose from tree-rings of Cedrela from the Amazon Forest and the Caatinga, aiming to identify intra-annual patterns, climatic signals and possible tree strategies associated with precipitation and temperature. For the cellulose extraction, we used dated cross sections from previously developed chronologies of Cedrela odorata from "FLOTA do Paru" and Cedrela fissilis from a fragment of Seasonally Dry Tropical Forest (STDF). In order to cover different stages of radial growth, each growth ring was sectioned in three equal parts (1st, 2nd and 3rd parts) between 1970 and 1995 for subsequent determination of carbon isotope discrimination (∆13C). Our results for C. odorata from Amazon showed an increasing pattern of intra-annual ∆13C and climatic signals of the current season only. The correlation was negative between ∆13C from 1st part of the ring and temperature and positive between ∆13C from 3rd part and precipitation. Thus, in this non- restrictive environment, trees probably start radial growth at same season of the phenophases, using carbon from reserves and then continue the development with photoassimilates of the current season. For C. fissilis from STDF, our findings do not indicate an intra-annual ∆13C pattern and showed signals of precipitation from previous wet and dry seasons on ∆13C, both at the beginning and end of the ring (1st and 3rd part). These results suggest that trees predominantly use the carbon assimilated in the previous year for the current radial development of the stem, with precipitation being the main growth driver in seasonally dry environment. Keywords: Isotope discrimination. Dendrochronology. Resource utilization. Climatic signals. Tropical forest. 8 SUMÁRIO PRIMEIRA PARTE ................................................................................................................. 9 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 10 2. REVISÃO DE LITERATURA ...................................................................................... 11 2.1 Isótopos Estáveis ...................................................................................................... 11 2.2 Isótopos de carbono ................................................................................................. 12 2.3 Aplicação dos isótopos estáveis de carbono na dendrocronologia ...................... 15 2.4 Armazenamento e alocação de carbono ................................................................. 16 2.5 Potencial do gênero Cedrela na dendrocronologia Neotropical ........................... 18 3. O PRESENTE ESTUDO ................................................................................................... 19 4. REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 20 SEGUNDA PARTE – ARTIGOS .......................................................................................... 27 ARTIGO 1 – Sinais climáticos nos isótopos estáveis de carbono dos anéis de crescimento de Cedrela odorata L. da Amazônia Oriental, Brasil ........................................................... 28 1. Introdução .................................................................................................................... 30 2. Material e métodos ...................................................................................................... 32 3. Resultados .................................................................................................................... 38 4. Discussão e conclusão .................................................................................................. 42 5. Referências ................................................................................................................... 45 ARTIGO 2 - Utilização de recursos em Floresta Tropical Sazonalmente Seca: uma abordagem com isótopos estáveis de carbono de anéis de crescimento ............................. 53 1. Introdução .................................................................................................................... 55 2. Material e métodos ...................................................................................................... 58 3. Resultados .................................................................................................................... 63 4. Discussão e conclusão .................................................................................................. 65 5. Referências ................................................................................................................... 69 9 PRIMEIRA PARTE 10 1. INTRODUÇÃO A preocupação quanto à conservação das Florestas Neotropicais tem crescido nos últimos anos, sobretudo frente às atuais mudanças climáticas. Essas alterações têm afetado os mais diversos tipos florestais presentes no território brasileiro indicando, por exemplo, aumento da temperatura e diminuição da sazonalidade das chuvas na Floresta Amazônica e redução do regime hídrico e umidade do solo nas Florestas Tropicais Sazonalmente Secas. Entretanto, somada à carência de estudos, a escassez temporal e espacial de registros meteorológicos instrumentais restringe ainda mais a compreensão do ciclo climático na região Neotropical, dificultando a percepção de eventos passados e prejudicando a predição da resiliência das árvores frente às recentes variações climáticas. Nesse sentido, a dendrocronologia tropical surge como uma ferramenta promissora para o desenvolvimento de proxies climáticos que permitem estudar o comportamento das árvores diante da variabilidade do clima. A maior parte dos trabalhos dendrocronológicos (dendrocronologia clássica) avaliam a largura dos anéis de crescimento dos indivíduos para construir cronologias centenárias visando a reconstrução climática em períodos pré- instrumentais. Os dados de crescimento ao longo do tempo também são utilizados para análise das trajetórias de crescimento. No entanto, a partir de análises mais aprofundadas, é possível extrair informações mais complexas desses anéis. Assim, os estudos dos isótopos estáveis presentes nos anéis têm fornecido informações novas que estão contidas nesses registros históricos, contribuindo para a percepção quanto à sazonalidade do crescimento e estratégias de utilização de recursos, já que os isótopos de carbono podem fornecer uma imagem dinâmica dos processos pós-fotossintéticos, particularmente quanto ao uso de reservas. Dessa forma, compreender esses processos é de extrema importância, uma vez que os caminhos relacionados à alocação e ao armazenamento de carbono podem influenciar no equilíbrio do ecossistema florestal diante das mudanças climáticas. Como a variação ambiental é onipresente, entender como tais modificações no ambiente influenciam na resposta dos indivíduos e nas interações entre as espécies é crucial para prever a dinâmica da população, da comunidade e da prestação de serviços ecossistêmicos. Contudo, a percepção de tais processos e respostas ainda continuam incertas e mal compreendidas, principalmente nas florestas 11 tropicais, ampliando a demanda para o desenvolvimento de novos estudos nos domínios da região Neotropical. Diante deste contexto, a presente tese tem como objetivo avaliar os isótopos estáveis de carbono dos anéis de crescimento de árvores do gênero Cedrela da FLOTA do Paru na Amazônia e de um fragmento de Floresta Tropical Sazonalmente Seca da Caatinga, visando identificar os sinais climáticos e possíveis estratégias de crescimento dos indivíduos, bem como contribuir com a orientação metodológica de trabalhos futuros. 2. REVISÃO DE LITERATURA 2.1 Isótopos Estáveis A aplicação de isótopos estáveis teve início na década de 1950 nas áreas de geoquímica e paleo-oceanografia com o desenvolvimento de bases teóricas para o entendimento de condições climáticas passadas. No entanto, apenas a partir da década de 1980 essa técnica começou a ser utilizada por ecólogos devido ao avanço das tecnologias (PEREIRA; BENEDITO, 2008). Convencionalmente, a composição isotópica (δ) é expressa como: 𝛿𝑥𝑥𝐸 = ( 𝑅𝑆𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑅𝑆𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 − 1) ∗ 1000 Onde E é o elemento de interesse (C, H, O, S, N), xx refere-se à massa atômica do isótopo mais pesado e R à razão absoluta do elemento de interesse (por exemplo, 13C/12C), sendo RSample a razão da amostra analisada e RSantard a razão do padrão internacional (Tabela 1). Como a abundância isotópica é muito baixa, para permitir a diferença dessas pequenas unidades, δ é expressa em partes por mil (‰). 12 Tabela 1 - Abundância, razão isotópica e padrão aceito internacionalmente para os principais isótopos usados em estudos ecológicos. Elemento Isótopo Abundância (%) Razão Padrão Hidrogênio 1H 99,984 2H/1H SMOWa 2H (D) 0,0156 Carbono 12C 98,982 13C/12C PDBb 13C 1,108 Nitrogênio 14N 99,630 15N/14N N2-atmc 15N 0,366 Oxigênio 16O 99,763 18O/16O SMOW, PDB 17O 0,0375 17O/16O SMOW 18O 0,1995 Enxofre 32S 95,02 34S/32S CDTd 34S 4,210 aPadrão para o hidrogênio com massa dois (2H), conhecido como deuterium, (D): “Standard Mean Ocean Water” (SMOW); bPadrão para o carbono: rocha do fóssil Belemnitella americana da formação PeeDee (PDB) da Carolina do Sul, EUA; cPadrão para o nitrogênio: gás N2 atmosférico; dPadrão para o enxofre: mineral Troilito da cratera do meteorito do “Canyon Diablo” (CDT), Arizona, EUA. Fonte: Dawson; Brooks, 2001. Por definição, o padrão internacional tem composição isotópica igual a 0‰ e qualquer valor positivo revela que a amostra tem maior concentração de isótopos raros. O aumento desses valores reflete no incremento de isótopos pesados na amostra analisada, tornando-a mais enriquecida. Por analogia, valores negativos e tendência de diminuição da composição isotópica tem o significado oposto, demonstrando empobrecimento ou maior quantidade de isótopos leves (DAWSON; BROOKS, 2001; DAWSON; SIEGWOLF, 2007). 2.2 Isótopos de carbono Os isótopos 13C e 12C possuem propriedades químicas praticamente idênticas, porém a diferença de massa permite que os processos físicos, químicos e biológicos sejam discriminados, transmitindo assim um sinal ambiental. A proporção de isótopo raro e comum em qualquer material vegetal pode conter, muita vezes, importantes informações sobre a fonte do material que o constitui (MCCARROLL; LOADER, 2004; DAWSON; SIEGWOLF, 2007). De maneira geral, os materiais vegetais são mais esgotados em 13C que sua fonte, pois a razão 13C/12C no CO2 atmosférico produz valor isotópico próximo de -8‰ e os tecidos 13 vegetais valores mais baixos, que variam de -11 a -35‰. A maior diferença na composição isotópica de carbono observada entre as espécies está entre as plantas C3 e C4, uma vez que estas desenvolveram diferentes caminhos fotossintéticos para a fixação do CO2 atmosférico (FARQUHAR; EHLERINGER; HUBICK, 1989; MCCARROLL; LOADER, 2004). As plantas de C4 fixam o carbono através da enzima PEP carboxilase (fosfoenolpiruvato carboxilase), a qual apresenta alta afinidade pelo CO2. Com menor discriminação de carbono pesado, as plantas C4 possuem composição isotópica mais enriquecida, variando de -9 à -17‰ δ 13C (em média -13‰). Por outro lado, as plantas C3 utilizam a enzima Rubisco (ribulose bifosfato carboxilase/oxigenase) para tal fixação e discriminam mais intensamente o 13C. Dessa forma, apresentam variações na abundância isotópica que varia de -20 à -34‰ δ 13C (em média -27‰) (MAGALHÃES, 1985; ALVES et al., 2006). Como a maior parte das árvores fazem parte do grupo de plantas C3, esses indivíduos fracionam o CO2 atmosférico (ca) em dois passos: difusão e carboxilação (Figura 1). Durante a difusão, que ocorre através dos estômatos das folhas, o CO2 é fracionado contra o isótopo mais pesado (13C) na ordem de -4,4‰. A preferência da condutância estomática pelo 12C se deve à maior facilidade de difusão do carbono leve no estômato. O segundo ponto de fracionamento ocorre quando o CO2 interno (ci) é combinado enzimaticamente com água foliar para produzir açúcares via carboxilação, o que resulta em um fracionamento bioquímico também contra o isótopo pesado, porém na ordem de -27‰ (MCCARROLL; LOADER, 2004; DAWSON; SIEGWOLF, 2007). Segundo Farquhar, O’Leary e Berry (1982), a discriminação do 13C durante a fixação de carbono (Δ‰) pode ser expressa por: ∆13C (‰) = a + (b – a) * (ci / ca) Onde a é a discriminação que ocorre através dos estômatos (-4,4‰), b é a discriminação líquida devido à carboxilação (-27‰) e ci e ca são as concentrações de CO2 intercelular e atmosférica, respectivamente. 14 Figura 1 - Diagrama dos principais controles de fracionamento do carbono nas árvores. Fonte: Adaptado de McCarroll e Loader (2004). Segundo McCarroll e Loader (2004), os controles climáticos dominantes no fracionamento do carbono são aqueles que controlam a condutância estomática (umidade relativa do ar e umidade do solo) e taxa fotossintética (luz e temperatura da folha). Adicionalmente, existem outras associações climáticas indiretas, como a radiação solar, cobertura de nuvens e precipitação (DAWSON; SIEGWOLF, 2007). O efeito do fracionamento ocorre de forma aditiva, de maneira que se a fotossíntese consome CO2 em uma taxa maior que o reabastecimento pela difusão, acarretará em uma 15 diminuição do fracionamento contra o 13C pela etapa da carboxilação, consequentemente os açúcares e seus derivados, como é o caso dos anéis de crescimento, apresentarão δ 13C mais enriquecido (MCCARROL; LOADER, 2004). 2.3 Aplicação dos isótopos estáveis de carbono na dendrocronologia Os anéis de crescimento mostram uma poderosa visão sobre a resposta das árvores quanto às mudanças climáticas e concentração de CO2 (FRITTS, 1976). As longas cronologias fornecem suporte para a compreensão da variabilidade climática durante o Holoceno (JONES; MANN, 2004). Os arquivos presentes nos anéis são essenciais para explorar o significado das mudanças climáticas e, além de viabilizarem o registro histórico das taxas de crescimento, fornecem um arquivo de taxas de isótopos estáveis ao longo da vida de uma árvore. (MCCARROLL; LOADER, 2004). Com desenvolvimento do campo de pesquisa em isótopos estáveis aplicados à dendrocronologia ficou claro que o arquivo presente nesses isótopos é muito mais complexo, contendo controles fisiológicos (assimilação, alocação de carbono e eficiência hídrica) e também fatores ecológicos (distúrbio de disponibilidade de nutrientes, doenças, insetos, dentre outros) (DAWSON; SIEGWOLF, 2007). A dendrocronologia clássica está consolidada em árvores de clima temperado e, por muitos anos, acreditou-se que não podia ser aplicada nos trópicos devido à ausência de anéis anuais distintos em muitas árvores tropicais, fato que até o momento limitou o uso geral dessa ferramenta (PONS; HELLE, 2011). Embora a existência de anéis anuais em espécies tropicais seja conhecida há um bom tempo (JACOBY, 1989), o uso da dendrocronologia tropical é recente (PONS; HELLE, 2011). Estudos mostram que anéis anuais podem, de fato, ser formados na madeira de árvores tropicais quando um período de dormência é induzido por uma estação seca (WORBES et al., 2002; HEINRICH et al., 2008), sendo que as espécies decíduas são mais propensas a formar anéis distintos que as sempre verdes (PONS; HELLE, 2011). Além disso, outros estresses ambientais como inundações anuais e variação da salinidade também podem induzir a formação de anéis anuais em árvores do clima tropical (SCHÖNGART et al., 2002; VERHEYDEN et al., 2004). 16 Nesse contexto, a avaliação dos isótopos estáveis presentes nos anéis de crescimento têm sido amplamente aplicada às árvores de clima temperado (FREYER; BALANCY, 1983; EPSTEIN et al., 1990; FENG; EPSTEIN, 1995; KITAGAWA; MATSUMOT, 1995; BERT; LEAVITT; DUPOUEY, 1997; ANDERSON; BERNASCONI; MCKENZIE, 1998; EDWARDS et al., 2000; MCCARROLL; PAWELLEK, 2001; TREYDTE et al., 2001; SAURER; SIEGWOLF; SCHWEINGRUBER, 2004; SIMARD et al., 2008; TILLMAN et al., 2010; HOLZKÄMPER et al., 2012; LOADER et al., 2013; MCCARROLL et al., 2017), sendo escassas nos trópicos (HIETZ; WANEK; DÜNISCH, 2005; GEBREKIRSTOS et al., 2009; FICHTLER; HELLE; WORBES, 2010; BRIENEN; WANEK; HIETZ, 2011; PONS; HELLE, 2011; CINTRA et al, 2019). Além disso, por ser uma análise de alto custo e trabalhosa, alguns estudos utilizam os isótopos em prazos curtos, muita das vezes apenas como forma de detectar ciclos anuais em espécies que não apresentam anéis de crescimento (POUSSART; EVANS; SCHRAG, 2004; HIETZ; WANEK; DÜNISCH, 2005; PONS; HELLE, 2011), porém, poucos são os estudos que utilizam os isótopos em prazos mais longos e com objetivos mais complexos, relacionando às variáveis climáticas e respostas intra-anuais (BRIENEN; WANEK; HIETZ, 2011; BRIENEN et al., 2012; BAKER et al., 2015; BAKER et al., 2016; MCCARROLL et al., 2017; MANAGAVE et al, 2017; FOROOZAN; POURTAHMASI; BRÄUNING, 2018; CINTRA et al., 2019). 2.4 Armazenamento e alocação de carbono De maneira geral, a árvore utiliza dois caminhos para a formação dos carboidratos, sendo um deles considerado direto (assimilação) e outro indireto (armazenamento de carbono) (KIMAK; LEUENBERGER, 2015). Em relação ao crescimento, a forma como as plantas armazenam e alocam o carbono tem despertado interesse dos fisiologistas, ecólogos e biogeoquímicos. Como as árvores constituem o maior grupo de biomassa, diversos estudos vêm sendo realizados para compreender as estratégias da utilização de recursos (KOZLOWSKI 1992; RICHARDSON, et al., 2013; DIETZE et al., 2014; PALACIO et al., 2014; FATICHI; LEUZINGER; KÖRNER, 2014; KIMAK; LEUENBERGER, 2015; RICHARDSON et al., 2015). Já é sabido que para coordenar o uso de suprimento limitado em condições adversas, as 17 plantas desenvolveram evolutivamente uma forma de suprimento móvel, chamado de carbono não-estrutural (NSC), que é acessado quando necessário (DIETZE et al., 2014). Richardson et al. (2013) defendem que o modelo de armazenamento de carbono é dividido em duas fontes distintas, também chamadas de pools, sendo uma dessas fontes de fácil acesso, composta por reservas jovens, e o outra como sendo um mix de carbono antigo, a qual pode ser solicitada frente à necessidade da planta. Alguns estudos têm utilizado os isótopos estáveis de carbono para demonstrar as diferentes fontes de NSC e também para fornecer uma imagem mais dinâmica de como o carbono jovem da fotossíntese é alocado (CARBONE et al. 2007; RICHARDSON et al., 2013). Kimak e Leuenberger (2015) sugerem que as estratégias de armazenamento de carbono das árvores podem ser rastreadas pelas diferenças isotópicas do lenho inicial (LI) e lenho tardio (LT) nos anéis de crescimento. Outros estudos mostram que ocorre variabilidade intra-anual para os isótopos de carbono nos anéis de crescimento das árvores (LEUENBERGER, 1998; HELLE; SCHLESER, 2004; LI et al., 2005; MCCARROLL et al., 2017). Além disso, grande parte deles revela que há tendência da composição isotópica do LI ser mais enriquecido devido ao uso das reservas, que são isotopicamente mais positivas (ROSSMANN; BUTZENLECHNER; SCHMIDT, 1991; TCHERKEZ et al., 2004; GESSLER et al., 2014; KIMAK; LEUENBERGER, 2015). Entretanto, no estudo de McCarroll et al. (2017) os autores encontraram esse maior enriquecimento do LI em relação ao LT em apenas 61% dos anéis de carvalho (Quercus robur L.). Além de sugerir que a primeira parte do anel de crescimento é formada por carbono de reservas, os autores concluíram que o carvalho utiliza preferencialmente reservas jovens para a formação do LI, ou seja, utiliza as reservas acumuladas na estação de crescimento anterior, mostrando que o LI do ano atual correlaciona com LT do ano anterior, carregando sinal climático idêntico. A utilização de reservas jovens ocorre em anos de condições favoráveis ao crescimento, uma vez que em condições estresse é provável que a árvore utilize mais de suas reservas antigas. Além do observado por McCarroll et al. (2017), essa tendência de preferir a reserva jovem também foi relatada por Richardson et al. (2013) ao avaliarem seis espécies arbóreas em três diferentes ambientes norte-americanos. Por outro lado, Kimak e Leuenberger (2015), ao estudarem outra espécie de carvalho (Quercus petraea (Matt.) Liebl) na Suíça, 18 sugeriram que, em condições estressantes de crescimento, a árvore depende preferencialmente das reservas jovens e que, em condições favoráveis, essa dependência não é aparente, pois não encontraram correlação entre o LI do ano atual com o LT do ano anterior. Helle e Schleser (2004) também relataram essa tendência, demonstrando que em condições favoráveis, o LI é formado por reservas antigas e bem misturadas, não transferindo sinal ambiental de um ano para outro. Nesse contexto, os processos e caminhos relacionados à utilização de recursos fotoassimilados e armazenamento do NSC podem influenciar o impacto da mudança climática no equilíbrio do ecossistema florestal. Contudo, os processos de alocação do carbono ainda continuam mal compreendidos (LE ROUX et al., 2001; TRUMBORE, 2006; KELL et al., 2007; WILEY; HELLIKER, 2012), principalmente nas florestas tropicais. 2.5 Potencial do gênero Cedrela na dendrocronologia Neotropical O gênero Cedrela, pertencente à família Meliaceae, é composto por sete espécies distribuídas na região Neotropical (TOMAZELLO FILHO; BOTOSSO; LISI, 2000). As espécies desse gênero têm despertado grande interesse nas pesquisas dendrocronológicas nos últimos anos devido à sua ampla distribuição geográfica, alta taxa de crescimento do tronco, fenologia foliar decidual e formação de anéis de crescimento anatomicamente distintos. Além disso, essas espécies formam um sistema radicular superficial, o que aumenta a sensibilidade climática do crescimento radial frente à precipitação e umidade do solo (HIETZ; WANEK; DÜNISCH, 2005; BRIENEN et al., 2012). Estudo realizado por Volland, Pucha e Brauning (2016) demonstrou a possibilidade da reconstrução hidro-climática dos Andes no Equador através dos isótopos de 18O presente nos anéis de crescimento de Cedrela montana, pois o registro isotópico apresentou alta correlação com a precipitação, frequência de dias chuvosos e cobertura de nuvens sobre a cordilheira. Outros trabalhos apontam para a alta sensibilidade do gênero Cedrela com variáveis climáticas (TOMAZELLO FILHO; BOTOSSO; LISI, 2000; DÜNISCH; BAUCH; GASPAROTTO, 2002; DÜNISCH.; MONTÓIA; BAUCH, 2003; BRIENEN; ZUIDEMA, 2005; DÜNISCH, 2005; BRIENEN et al., 2012; PEREIRA et al., 2018; CINTRA et al., 2019; GRANATO- 19 SOUZA et al., 2019) e como um bom proxy para a variabilidade de Oscilação Sul de El Niño (DÜNISCH et al., 2005; BRIENEN et al., 2012; VOLLAND; PUCHA; BRAUNING, 2016). Grandes potencialidades das espécies de Cedrela são relatadas também para estudos ecológicos (DÜNISCH; BAUCH; GASPAROTTO, 2002; BRIENEN; ZUIDEMA; MARTINEZ- RAMOS, 2010) e para a aplicação do manejo florestal sustentável (LÓPEZ; VILLALBA; BRAVO, 2013). Adicionalmente, na região Neotropical alguns trabalhos deram início à extração de informações mais complexas dos anéis de crescimento da Cedrela com a utilização dos isótopos estáveis de carbono, visando aprofundar o entendimento das respostas dos indivíduos frente ao clima. Os isótopos de carbono da celulose dos anéis de C. odorata foram estudados por Hietz, Wanek e Dunisch (2005) e Cintra et al. (2019) na região da Amazônia Ocidental. Já Anholetto Jr (2013) avaliou a eficiência hídrica da mesma espécie a partir do registro isotópico do anel como um todo (sem extração de celulose) na Caatinga do Sertão Sergipano. Nesse sentido, várias lacunas temporais e espaciais ainda podem ser preenchidas quanto ao desenvolvimento da dendrocronologia em diferentes regiões brasileiras com uma abordagem mais aprofundada e análises mais refinadas dos anéis de crescimento das árvores do gênero Cedrela, buscando melhor compreensão do comportamento e das estratégias dos indivíduos ao longo do tempo diante das variáveis climáticas. 3. O PRESENTE ESTUDO O material utilizado nesse estudo provem das cronologias desenvolvidas pelo Laboratório de Dendrocronologia da Universidade Federal de Lavras durante a execução dos projetos “Amazonian Tree-Ring Chronologies for Climate and Streamflow Reconstruction” e “Dendroclimatologia em Florestas Tropicais Sazonalmente Secas na Bacia do Médio São Francisco”, financiados respectivamente pelo National Science Foundation - NSF e pela Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais - FAPEMIG. As cronologias geradas, além de serem as primeiras contribuições brasileiras no International Tree-Ring Data Bank do NOAA sob os códigos BRA001 e BRA002, representam uma oportunidade ímpar para a ampliação dos estudos para decodificar as informações mais complexas contidas nos anéis de crescimento. 20 Este trabalho, portanto, foi construído e viabilizado por meio de uma parceria científica internacional entre Universidades de Lavras no Brasil, University of Arkansas nos Estados Unidos, e University of Leeds e Leicester no Reino Unido, sendo toda execução laboratorial desenvolvida durante três visitas à School of Geography em Leeds. Nesse contexto, o objetivo da tese foi avaliar os isótopos estáveis de carbono presente nos anéis de crescimento de árvores de Cedrela odorata da Floresta Amazônica e Cedrela fissilis da Caatinga, identificando os padrões de discriminação isotópica intra-anual bem como os sinais climáticos registrados nos anéis, a fim de investigar possíveis respostas fisiológicas que determinam as estratégias de crescimento das árvores do gênero Cedrela em dois ambientes climaticamente contrastantes do Brasil. Além disso, por se tratar de uma abordagem incipiente na dendrocronologia Neotropical, o presente estudo visa fortalecer o direcionamento metodológico para o desenvolvimento de trabalhos futuros. 4. REFERÊNCIAS ALVES, B. J. R. et al. Emprego de isótopos estáveis para o estudo do carbono e do nitrogênio no sistema solo-planta. In: AQUINO, A. M.; ASSIS, R. L. (Eds.) Processos biológicos no sistema solo-planta. Brasília, DF: Embrapa Informação Tecnológica, 2006. p. 343-368. ANDERSON, W. 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Para cada parte do anel obtivemos o registro isotópico de carbono, o qual analisamos juntamente aos dados climáticos de temperatura e precipitação ao longo da série histórica, visando avaliar possíveis influências. A discriminação isotópica de carbono (∆13C) revelou um padrão intra-anual, no qual a ∆13C possui valores crescentes do começo para o final do anel, indicando a utilização de reservas no início do crescimento radial. Adicionalmente, foi observado apenas sinais climáticos da estação corrente na ∆13C, sendo a influência da temperatura média negativa na primeira parte e a influência da precipitação total positiva na terceira parte do anel de crescimento. Dessa forma, concluímos que o início do crescimento ocorre concomitantemente à época de fenofases, sugerindo que as variáveis que afetam a senescência foliar, brotamento e floração são importantes para o acesso de reservas de carbono que formam o lenho e, após essa etapa, o tronco é formado por carbono assimilado na estação corrente, influenciado basicamente pelas chuvas. Por fim, foi demonstrado que a temperatura e a precipitação são propulsoras da composição isotópica do lenho da C. odorata na região da FLOTA do Paru, além de confirmar que o desenvolvimento radial ocorre entre os meses de fevereiro e novembro, contemplando inclusive a estação mais seca da região. Palavras-chave: Dendrocronologia tropical, Discriminação isotópica, Floresta Amazônica, Utilização de recursos. 30 1. Introdução O ecossistema amazônico compreende a maior floresta tropical do mundo e é um componente importante do funcionamento do sistema terrestre, desempenhando papel significativo em padrões climáticos e em ciclos biogeoquímicos como o do carbono (Wesselingh et al., 2010; Funatsu et al, 2019). Além disso, este ecossistema é essencial para a prestação de outros serviços fundamentais para o bem-estar humano, tais como no fornecimento de produtos e materiais substanciais, controle e suporte das condições ambientais e provisão de benefícios culturais e estéticos (Leemans, R. e De Groot, 2003). Sua conservação é imprescindível para a manutenção dos padrões de funcionamento globais e, consequentemente, para a garantia da prestação destes serviços (Leemans, R. e De Groot, 2003). A preocupação quanto à conservação da Floresta Amazônica tem crescido nos últimos anos, sobretudo devido ao desmatamento e as suas consequências associadas ao seu papel em alterações no clima regional e global (Malhi et al., 2008; Mithcard, 2018). Nas últimas décadas, estudos vem apontando para as mudanças climáticas na região Amazônica, indicando além do aumento da temperatura, a diminuição do período de chuvas (Oyama e Nobre, 2003; Fu et al., 2013; Gloor et al., 2013; Nobre et al. , 2016; Arvor et al., 2017; Guimberteau et al., 2017). Em função de sua grande extensão e influência, as alterações previstas nos padrões climáticos amazônicos influenciam ainda os padrões climáticos de outras regiões do continente, afetando o funcionamento dos demais ecossistemas e os serviços por eles prestados (Mithcard, 2018). Dessa forma, entender as respostas destes ambientes às variáveis climáticas é crucial para avaliar o comportamento atual e antecipar as reações futuras da floresta como um todo (Brienen et al., 2015). Contudo, a escassez espacial e temporal de registros climáticos instrumentais de boa qualidade na região restringe a compreensão da variação natural do ciclo climático, dificultando a percepção de eventos passados e predição da resiliência das árvores frente às mudanças climáticas (Brienen et al., 2015; Granato-Souza et al, 2019). Nesse sentido, a dendrocronologia pode contribuir substancialmente para ampliar o entendimento do paleoclima regional (Briffa et al., 1992; Stahle et al., 2011; Ballesteros-Cánovas et al., 2015; Stahle et al., 2016). O proxy climático desenvolvido através da dendrocronologia clássica utiliza a árvore como um sensor 31 climático ecológico, onde as respostas fisiológicas registradas nos anéis de crescimento são obtidas a partir da mensuração da largura dos anéis (Stahle et al., 2007). No entanto, nos últimos anos, a análise mais complexa das respostas contidas nos anéis a partir da avaliação dos isótopos estáveis vem mostrando grande potencial para o avanço da dendrocronologia, pois além de auxiliar nas reconstruções climáticas com determinação de idade das árvores que não produzem anéis distintos, os isótopos favorecem a percepção quanto à sazonalidade do crescimento e utilização de carbono (Poussart et al., 2004; Ohasi et al., 2009; Fichtler et al., 2010; Managave et al., 2011; Pons e Helle, 2011; Foroozan et al., 2018; Cintra et al., 2019). O registro isotópico de carbono encontrado nos anéis de crescimento reflete o fracionamento isotópico contra o 13C que ocorre durante a fixação do CO2 atmosférico através da condutância estomática somada à assimilação fotossintética, de forma que as variáveis climáticas relacionadas à esses dois processos podem aparecer no registro isotópico dos anéis (Farquhar e Sharkey, 1982; McCarroll e Loader, 2004). Além dos sinais climáticos, estudos que avaliam o anel de forma intra-anual mostram que a composição isotópica de carbono também pode variar ao longo do crescimento cambial devido aos processos pós-fotossintéticos, principalmente pelo uso de carbono oriundo de reservas no início do crescimento radial (Gessler et al., 2014; Kimak e Leuenberger, 2015; McCarroll et al., 2017; Cintra et al., 2019). Processos e caminhos relacionados à alocação e ao armazenamento de carbono podem influenciar o impacto da mudança climática no equilíbrio do ecossistema florestal. Como a variação ambiental é onipresente, entender como as mudanças no ambiente influenciam no desenvolvimento dos indivíduos e nas interações entre as espécies é crucial para prever a dinâmica da população e da comunidade (Cardinale et al., 2012; Hart e Marshall, 2013). Contudo, tais processos e respostas ainda continuam mal compreendidos, principalmente nas árvores de florestas tropicais (Le Roux et al., 2001; Trumbore, 2006; Keel et al., 2007; Wiley e Helliker, 2012). Até o momento, poucos trabalhos investigaram os sinais climáticos presentes no registro isotópico de carbono dos anéis de crescimento de indivíduos arbóreos da Amazônia de forma intra-anual. Visando melhorar nossa compreensão desse sistema extremamente importante para o ciclo global de carbono, o presente estudo teve como objetivos: i) investigar as possíveis diferenças e padrões de composição isotópica entre as partes dos anéis de crescimento; ii) 32 avaliar a presença de sinais climáticos no registro isotópico ao decorrer do crescimento radial; iii) analisar potenciais estratégias de crescimento e respostas das árvores frente às variáveis climáticas. Partimos da hipótese que a discriminação isotópica de carbono é influenciada pelo clima devido ao condicionamento deste na disponibilidade de recursos essenciais e que existe diferença quanto a esse registro ao longo do crescimento radial proporcionado pela sazonalidade climática da região. Para a condução deste trabalho, foi avaliada a discriminação isotópica de carbono em três diferentes partes dos anéis de crescimento de três árvores de Cedrela odorata da região oriental da Amazônia ao longo de uma série histórica de 26 anos, associando sua relação com as variáveis de precipitação e temperatura. 2. Material e métodos Área de estudo e clima As amostras da espécie arbórea Cedrela odorata utilizadas neste estudo provém de manejo florestal sustentável da concessão florestal da Floresta Estadual do Paru (FLOTA do Paru), a qual abrange 3.6 milhões de hectares pertencentes a cinco municípios do Estado do Pará, Brasil (latitude 1°15’ S e longitude 53°04’ W). A região de coleta incorpora uma Unidade de Manejo na cidade de Almeirim, próximo às margens do Rio Paru em uma Floresta Ombrófila Densa na Bacia Amazônica Oriental (Figura 1a). Segundo a classificação climática Köppen, a FLOTA do Paru está inserida na faixa de clima tropical de monção (Am), com precipitação total anual média de 2128 mm e temperatura média anual de 26.5 °C entre os anos 1968 e 1996, período de interesse deste estudo. O climatograma foi desenvolvido com dados de precipitação extraídos da base de dados do BDMEP - Banco de Dados Meteorológicos para Ensino e Pesquisa (INMET), no qual foi utilizada a média ponderada pelo inverso das distâncias de duas estações próximas ao local de coleta (Porto de Moz - 82181 e Monte Alegre - 82814). Já os dados mensais de temperatura média desse estudo foram obtidos no Climate Research Unit (CRU) TS4.00, com gride de 0.5° (Figura 1b). 33 Figura 1 - Área de estudo evidenciando a (a) localização e a (b) caracterização mensal de precipitação e (barras cinza) temperatura média (linha preta) durante o período de 1968 e 1996 na região da FLOTA do Paru. Barra cinza escuro no topo do gráfico mostra o período de crescimento das árvores segundo Granato-Souza et al. (2019). Círculos brancos e pretos mostram, respectivamente, o período estimado de senescência foliar e de floração da C. odorata de acordo com e SUDAM (1979). 34 De maneira geral, a espécie Cedrela odorata possui extensa distribuição na América Latina, ocorrendo desde o México, passando por países da América Central e do Sul até atingir a Argentina, sendo bastante comum nas florestas ombrófilas (Tomazello Filho et al, 2000; Muellner et al., 2010). É uma espécie de extrema importância comercial e, dentro das espécies arbóreas do domínio Amazônico, está classificada na categoria vulnerável segundo a Lista Vermelha da International Union for Conservation of Nature and Natural Resources (IUCN) (Oliveira et al., 2018). Por apresentar fenologia foliar decidual, de forma geral, as árvores do gênero Cedrela tendem a formar anéis de crescimento distintos. Além disso, devido ao sistema radicular relativamente superficial, essas espécies arbóreas demonstram alta sensibilidade à chuva e a capacidade de retenção de umidade pelo solo, entrando em uma fase de dormência durante a estação sazonalmente seca (Marcati et al, 2006; Brienen at al. 2012). Assim, as espécies deste gênero têm demonstrado grande potencial no desenvolvimento da dendrocronologia tropical, o que vem despertando o interesse dos pesquisadores em estudos recentes (Tomazello Filho et al., 2000; Dünisch et al., 2002; Dünisch, et al., 2003; Brienen e Zuidema, 2005; Bräuning et al., 2009; Brienen et al., 2012; Espinoza et al., 2014; Baker et al, 2017; Pereira et al., 2018; Granato- Souza et al., 2019), inclusive quanto à avaliação do registro isotópico de carbono e oxigênio nos anéis de crescimento (Hietz et al., 2005; Brienen et al., 2012; Baker et al., 2015; Cintra et al., 2019). Na região de estudo, o período de dormência ou redução de crescimento radial provavelmente não ocorre nos meses mais secos e sim entre dezembro e janeiro (Granato-Souza et al., 2019), uma vez que as larguras dos anéis de crescimento da C. odorata na região da FLOTA do Paru correlacionam positivamente com precipitação que ocorre entre os meses de fevereiro e novembro. Neste trabalho, não foram observados em campo os períodos das fenofases, no entanto Tomazello Filho et al. (2000) baseado no estudo da SUDAM (1979), afirmam que a senescência foliar da Cedrela odorata ocorre em janeiro e fevereiro e que o florescimento ocorre nos meses de março e abril na estação experimental de Curuá-Uma (latitude 2°23’ S e longitude 54°24’ W), localizada a uma distância de 180 km da FLOTA do Paru (Figura 1b). 35 Análise isotópica As árvores de Cedrela odorata utilizadas nesse estudo integram a cronologia do Rio Paru desenvolvida previamente por Granato-Souza et al. (2019), sendo a primeira contribuição brasileira no International Tree-Ring Data Bank (NOAA) sob o código BRA001. A partir das 10 amostras mais correlacionadas da cronologia, três árvores foram selecionadas para a análise isotópica. Essa seleção se baseou na similaridade dos anéis de crescimento das amostras, sendo escolhidas aquelas com os padrões mais largos de anéis, visando as árvores com maiores taxas de incremento radial, que provavelmente ocupavam níveis superiores do dossel. Além disso, a idade foi levada em consideração (média de 117 anos) para evitar a utilização dos 50 primeiros anos de vida de todas as árvores, eliminando os possíveis efeitos juvenis que podem estar registrados na composição isotópica da fase inicial do crescimento arbóreo (McCarroll e Loader, 2004; Esper et al., 2010). A celulose foi extraída segundo a metodologia descrita por Wieloch et al. (2011) e Kagawa et al. (2015). Essa extração se deu a partir das secções transversais da amostra total que contemplava os 26 anéis entre os anos de 1970 e 1995 (Figura 2a). As secções foram inseridas em recipientes perfurados de politetrafluoretileno (PTFE) de forma que houvesse espaço suficiente ao redor da amostra para a ação dos reagentes. Após a extração da celulose e obtenção de uma solução aquosa de pH neutro, as amostras foram retiradas dos recipientes de PTFE e colocadas em lâminas de vidro (Figura 2b). Sob um estereomicroscópio, os anéis foram seccionados com bisturi em três partes iguais: primeira, segunda e terceira parte do anel no sentido da trajetória de crescimento (Figura 2c) e armazenados em Eppendorfs com 1 a 2 ml de água destilada. 36 Figura 2. Imagem de uma amostra (a) antes e (b) depois da extração de celulose e (c) representação dos cortes intra-anuais. Seta pontilhada representa o sentido de crescimento da árvore; setas pretas (c) mostram os parênquimas marginais visíveis mesmo após a extração de celulose (limite entre anéis); linhas pontilhadas representam os cortes intra-anuais para obtenção da primeira, segunda e terceira parte do anel. Em seguida, a solução contendo cada parte do anel imersa em água destilada foi homogeneizada em agitador mecânico e liofilizada (Laumer et al., 2009). Para a avaliação da composição isotópica, cerca de 1 mg de celulose totalmente seca foi pesada em cápsula de estanho para a determinação da composição isotópica de 13C (δ13Ccell) por espectrometria de massa de razão isotópica (IRMS). A análise foi feita seguindo os protocolos de Leicester Environmental Stable Isotope Laboratory em um espectrômetro de massa (Sercon Hydra 20- 20) acoplado a um analisador elementar. A δ13Ccell expressa em ‰ foi obtida através da relação da composição da amostra e da composição padrão V-PDB. Por fim, a partir dos resultados da δ13Ccell de cada parte do anel foi calculada a discriminação isotópica. Segundo Farquhar et al. (1989), a composição isotópica de carbono das plantas é esgotada em relação à sua fonte (CO2 atmosférico) devido ao fracionamento isotópico que ocorre durante as fases de difusão e carboxilação e essa discriminação isotópica de carbono 13 (∆13C) pode ser descrita como: ∆13C (‰) = (δ13Ca - δ13Ccell) / (1 + δ13Ccell / 1000) Onde δ13C a e δ13Ccell representam a composição isotópica de 13C do CO2 atmosférico e da celulose obtida da amostra, respectivamente. De acordo com Brienen et al. (2011), a δ13Ca 37 deve ser levada em consideração pois, com o aumento da emissão de combustíveis fósseis na atmosfera, houve uma tendência de empobrecimento da mesma ao decorrer dos anos. Para esse estudo foram utilizados os valores de δ13Ca descritos no trabalho de McCarroll e Loader (2004). De forma a avaliar os padrões intra-anuais de discriminação, foi calculado o incremento e decremento de ∆13C através da primeira diferença. Assim como descrito por Foroozan et al. (2018), as primeiras diferenças consistem de um método comum para a criação de séries temporais desassociadas e potencialmente estacionárias, removendo as alterações na média de uma série temporal. As séries diferenciadas representam a mudança entre observações consecutivas na série original e, no presente estudo, o cálculo se deu a partir da diferença entre a ∆13C de cada parte do anel de crescimento com a ∆13C da parte precedente. Análise de dados Para avaliar a presença de sinal climático no registro isotópico dos anéis de crescimento das árvores de Cedrela odorata, os dados de ∆13C das partes dos anéis foram associados às informações meteorológicas de precipitação total mensal e temperatura média mensal da região de estudo. A escolha pela utilização da temperatura mensal média foi baseada na correlação significativamente positiva desta variável com as temperaturas máximas e mínimas (r = 0.978 e 0.859, respectivamente) durante o período de 1968 a 1996. Como as árvores do gênero Cedrela possuem fenologia foliar decidual e respondem à sazonalidade climática, a avaliação inicial se deu a partir do agrupamento dos dados meteorológicos em estações de crescimento previamente definidas no trabalho de Granato- Souza et al. (2019), onde a estação de crescimento atual, chamada de estação úmida, varia entre os meses de fevereiro e novembro e a estação de dormência, chamada de seca, ocorre entre os meses de dezembro e janeiro. A partir dos resultados das estações atuais e prévias do crescimento, a ∆13C de cada parte do anel foi avaliada de forma mensal. Para lidar com a dependência temporal entre as observações dentro da mesma árvore, foram adotados modelos de mínimos quadrados generalizados (GLS) e modelos de efeitos mistos lineares. Estruturas de correlação (autorregressivo da ordem 1, média móvel autorregressiva ou simetria composta) foram adicionadas aos modelos para considerar a 38 correlação temporal dentro de cada indivíduo e, quando necessário, um modelo misto de inclinação aleatória (inclinação aleatória do ano dentro da árvore individual) foi usado no lugar da GLS. Para verificar a presença de autocorrelação temporal nos resíduos dos modelos a priori e a posteriori da inclusão de estruturas de correlação, foi aplicado Autocorrelação e funções de autocorrelação parcial, escolhendo assim a correlação que demonstrou ausência de autocorrelação temporal. Variáveis explicativas com correlação de Pearson> | 0,6 | não foram permitidas no mesmo modelo (Dormann et al. 2012) e a presença de fator de inflação de variância (VIF)> 4 foi verificada para lidar com a multicolinearidade. A seleção do modelo foi baseada no Critério de Informação de Akaike de segunda ordem (AICc), onde o melhor modelo é indicado pelo menor valor do AICc (Burnham e Anderson 2002). A abordagem de inferência multi-modelo foi adotada para lidar com as melhores variáveis nos melhores modelos, e a escolha se deu a partir da média condicional dos modelos com ΔAICc ≤ 2. Como algumas variáveis não estão contidas no mesmo número de modelos, a importância relativa das variáveis não foi discutida. Os modelos foram ajustados através da máxima verossimilhança e a normalidade dos resíduos foi confirmada pela análise dos resíduos. O ajuste dos modelos foi realizado no pacote nlme baseado em Pinheiro et al. (2018). Já para a seleção dos modelos e determinação da média do modelo foi empregado o pacote MuMIn (Bartón 2009). Por fim, visando testar a presença de autocorrelação temporal, foi utilizado o pacote de previsão descrito por Hyndman et al. (2018). Todas as análises foram realizadas no R versão 3.5.1 (R Core Team, 2018) com nível de significância de 0.05. 3. Resultados O valor bruto discriminação isotópica (∆13C) intra-anual para as três árvores analisadas (AF1, AF2 e AF3) apresentou a tendência de aumento da discriminação ao decorrer do crescimento radial durante o período de 1970 a 1995 (Figura 3a). Esse padrão é realçado com a remoção das tendências de longo prazo a partir do cálculo da primeira diferença (Figura 3b), no qual os valores entre árvores aparecem de forma mais sincronizada, indicando a força do padrão de discriminação intra-anual (Foroozan et al., 2018). A sincronização entre árvores 39 aumenta após o cálculo da primeira diferença (Tabela 1), partindo de uma correlação média do valor bruto de ∆13C foi de r = 0.214 e a correlação média das primeiras diferenças de r = 0.572. Figura 3. Padrão de discriminação isotópica intra-anual de três árvores de C. odorata (AF1, AF2 e AF3) entre os anos de 1970 e 1996, evidenciando (a) o valor de bruto da discriminação isotópica (∆13C) e (b) os valores de incremento e decremento realçado pelo cálculo das primeiras diferenças. Tabela 1. Coeficiente de correlação entre os três indivíduos de C. odorata (AF1, AF2 e AF3) quanto ao valor bruto de discriminação isotópica (∆13C) e primeiras diferenças entre as partes dos anéis. Coeficiente de Correlação ∆13C 1ª diferença AF1 x AF2 -0.036 0.658** AF1 x AF3 0.349** 0.540** AF2 x AF3 0.256* 0.519** * Nível de significância p < 0.05 e ** Nível de significância p < 0.01 Neste trabalho não foi observada correlações significativas entre o registro isotópico e os dados de largura do anel e cronologia. Esse fato também é observado por outros autores e pode estar associado à complexidade das informações isotópicas que contém, além de sinais ambientais e fisiológicos, características intrínsecas de cada indivíduo (McCarroll e Loader, 2004; Dawson e Siegwolf, 2007; Holzkämper e Kuhry, 2009; Ferrio et al., 2015). A partir da análise das estações de crescimento, foi possível notar sinais climáticos apenas na estação de crescimento atual que ocorre entre os meses de fevereiro e novembro do ano corrente (Granato-Souza, et al. 2019). De acordo com os modelos gerados neste trabalho, 40 foi observado influência significativa tanto da temperatura média quanto da precipitação total com a discriminação isotópica, indicando que essas duas variáveis climáticas agem como propulsoras da ∆13C. Além disso, esse registro ambiental foi observado em diferentes etapas do crescimento radial. A primeira parte do anel, associada ao início do crescimento, apresentou correlação significativa e negativa (p < 0.05) com a temperatura média da estação de crescimento corrente (úmida), já a terceira parte do anel revelou sofrer influência significativamente positiva (p < 0.05) da precipitação total da mesma estação (Figura 4). A nível de estações de crescimento, a ∆13C da segunda parte do anel não foi explicada por nenhuma variável climática avaliada neste estudo. Figura 4. Relação entre a discriminação isotópica e variáveis significativamente influentes selecionados a partir da avaliação das diferentes estações, evidenciando o sinal climático presente apenas na estação de crescimento corrente, com (a) efeito negativo da temperatura média sob a ∆13C da primeira parte do anel e (b) efeito positivo da precipitação sob a ∆13C da terceira parte do anel de crescimento da C. odorata na Amazônia. Ao avaliar os sinais climáticos na discriminação isotópica das partes dos anéis da C. odorata durante os meses que contemplam a fase de crescimento corrente, nossos resultados sugerem diferenças quanto à época de influência de cada variável ambiental. Na Figura 5 está evidenciado o tamanho e sentido do efeito das variáveis climáticas mensais na ∆13C de cada parte do anel sob a perspectiva dos melhores modelos selecionados neste trabalho. O registro da temperatura média apareceu apenas na discriminação isotópica do início do anel (primeira parte), apresentando relação significativamente negativa com a temperatura média dos meses 41 de fevereiro e março (p < 0.05 para ambos os meses). Já o sinal da precipitação foi observado na ∆13C ao longo de todo o anel (primeira, segunda e terceira parte), porém com sentido e épocas distintas. A ∆13C da primeira parte do anel apresentou relação significativamente negativa com a precipitação do mês de abril (p < 0.05) e positiva com o mês de maio (p < 0.05). A ∆13C da segunda parte do anel mostrou ser positivamente influenciada pela chuva de novembro (p < 0.05) e a ∆13C da terceira parte pelas chuvas de maio e novembro (p< 0.001 e p < 0.05, respectivamente), também de maneira positiva. Figura 5. Sinais climáticos associados à discriminação isotópica de carbono (∆13C) nas diferentes partes dos anéis de C. odorata entre os anos de 1970 a 1995, evidenciando a influência mensal da (a) temperatura média e (b) precipitação total. Área cinza mostra os valores mensais de cada variável climática (a - temperatura em °C e b - precipitação em mm). Barras brancas, cinzas e pretas representam a dimensão e orientação do efeito das variáveis climáticas na ∆13C sob a perspectiva dos modelos selecionados para a primeira, segunda e terceira parte do anel, respectivamente. Linhas pretas revelam as relações entre sinal climático e ∆13C não selecionadas pelos modelos. * e *** indicam correlações a nível de p < 0.05 e p < 0.001, respectivamente. 42 4. Discussão e conclusão Nossos resultados corroboraram as duas hipóteses propostas inicialmente. A primeira delas foi confirmada pelas diferenças na discriminação isotópica de carbono (∆13C) intra-anual nos anéis de crescimento da Cedrela odorata, representado pelas partes dos anéis. Foi observado um padrão de discriminação intra-anual, revelando menor ∆13C (maior teor de 13C) na fase inicial e maior ∆13C (menor teor de 13C) na etapa final do crescimento do anel (Figura 3). Este padrão dentro dos anéis também é relatado em alguns estudos de clima temperado, nos quais os autores associam a maior concentração de carbono pesado no lenho inicial com a utilização do carbono não estrutural (NSC) durante a primeira fase de crescimento radial, uma vez que as fontes oriundas dessas reservas são isotopicamente mais enriquecidas (Rossmann et al., 1991; Tchrkez et al., 2004; Gessler et al., 2014; Kimak e Leuenberger, 2015). Parte desses estudos revelam que os sinais isotópicos passam de um ano para outro devido ao uso de NSC assimilado na estação prévia, já os trabalhos que não encontram tal sinal associam a primeira etapa de crescimento ao uso de um mix de reservas antigas, as quais não carregam sinal de um ano a outro e podem estar associadas aos indivíduos mais maduros (Leavitt e Long, 1991; Rossmann et al., 1991; Poussart et al., 2004; Helle e Schleser, 2004; Tcherkez et el., 2004; Carbone et al., 2013; Gessler et al., 2014; Richardson et al., 2015; Kimak e Leuenberger, 2015; McCarroll et al., 2017). A controvérsia entre padrão intra-anual do registro isotópico e utilização de reservas também é relatada para as árvores de C. odorata de diferentes regiões da Amazônia. Cintra et al. (2019), ao avaliar indivíduos de dois ambientes úmidos da Amazônia, encontraram o mesmo padrão do nosso estudo apenas em um ambiente com sazonalidade climática mais marcante, sugerindo que o padrão intra-anual da composição isotópica não está relacionada à espécie, mas às condições de crescimento e disponibilidade de recursos. Adicionalmente, Dünisch e Puls (2003) afirmam que o amido assimilado pela C. odorata da Amazônia no ano anterior ao crescimento é o propulsor do desenvolvimento radial em indivíduos jovens (sete anos de idade), porém os nossos resultados demonstram que o carbono da primeira parte do anel não está associado diretamente às estações prévias, uma vez que não foi verificado sinal ambiental anterior à estação corrente no registro isotópico da primeira parte do anel. Em contrapartida, foi 43 observado correlações significativas entre sinais climáticos da estação de crescimento atual (ano corrente) e ∆13C ao longo de todo anel, tanto a nível de estações quanto mensalmente (Figuras 4 e 5, respectivamente), corroborando assim com nossa segunda hipótese. Segundo Farquhar e Sharkey (1982), a ∆13C reflete o balanço entre a condutância estomática e a taxa fotossintética que ocorre durante a assimilação do carbono oriundo do CO2 atmosférico. Em ambientes de alto estresse hídrico, a condução estomática tende a ser o fator de maior controle no fracionamento isotópico, apresentando assim maiores correlações da ∆13C com a precipitação e umidade relativa do ar. Já ambientes onde a disponibilidade de água não é limitante, a ∆13C sofre maior influência da taxa fotossintética, a qual é controlada pela temperatura e irradiação solar (McCarroll e Loader 2004). De forma geral, a sazonalidade das chuvas é o fator climático que mais influencia no desenvolvimento e, consequentemente, é o sinal mais forte presente nos isótopos dos anéis de crescimento das árvores da região amazônica (Brienen et al., 2012, Baker et al., 2016, Cintra et al., 2019). No entanto, nossa área de estudo está localizada em um ambiente onde raramente chove menos que 60 mm nos meses mais secos e o crescimento ocorre ao longo de quase todo o ano (Figura 1b), contemplando inclusive o período de maior escassez hídrica na região da FLOTA do Paru (Granato-Souza et al., 2019) Os sinais climáticos encontrados no início da fase de crescimento apontam que a ∆13C da primeira parte do anel sofre influência negativa das temperaturas de fevereiro e março (Figura 5a) e da precipitação de abril (Figura 5b), meses que coincidem com as fenofases estimadas (SUDAM, 1979) (Figura 1b). Para a C. odorata, as etapas senescência foliar, brotamento e floração são negativamente influenciadas pela precipitação e temperatura, tanto no mês que antecede cada fenofase quanto no mês de ocorrência do evento (Lobão, 2011). Além disso, é descrito que o crescimento radial das espécies do gênero Cedrela (C. fissilis e C. odorata) é afetado de forma negativa durante o brotamento e a floração (Lobão, 2011). Somado aos menores valores de ∆13C observados na primeira parte do anel, esses resultados reforçam que o início do desenvolvimento radial ocorra com fotoassimilado oriundo de reservas antigas, no qual o acesso é influenciado pelas variáveis climáticas ligadas aos demais eventos que ocorrem de forma simultânea ao crescimento do tronco. De acordo com a dinâmica “Last in, first out” proposta por Lacointe et al. (1993) e confirmada por Carbone et al. (2013), as reservas mais recentes são mais acessíveis e, portanto, as primeiras a serem utilizadas. Considerando em 44 nosso estudo que o crescimento radial ocorre concomitantemente ao período estimado das fenofases, possivelmente o NSC jovem é alocado no desenvolvimento de folhas novas e floração, condicionando o uso de reservas mais antigas para o início da formação do anel. Adicionalmente, verificamos que a ∆13C da primeira e terceira partes do anel possuem relação positiva com a precipitação do mês de maio, logo após o pico de chuva de abril. Já a precipitação de novembro se mostrou propulsora de maior ∆13C na segunda e terceira parte do anel (Figura 5b), indicando que o crescimento ocorre até o mês de novembro, fato que corrobora a cronologia desenvolvida previamente por Granato-Souza et al (2019). A influência positiva da precipitação na ∆13C é condizente com outros trabalhos, uma vez que a maior disponibilidade hídrica possibilita que os estômatos fiquem mais abertos, discriminando com maior intensidade o carbono pesado (Farquhar e Sharkey, 1982; Gebrekirstos et al., 2009; Fichtler et al., 2010; Brienen et al., 2012; Woodborne et al., 2015; Cintra et al., 2019). No entanto, alguns resultados apontam possíveis problemas metodológicos do presente estudo pois, buscando uma resposta macro que compreendesse o maior número de anéis de indivíduos diferentes, cada anel foi seccionado apenas em três partes. Dessa forma, o sinal positivo da precipitação de maio na ∆13C da primeira parte indica que a divisão do anel em três partes iguais não capta com rigor as diferentes fases de crescimento, revelando apenas uma tendência das variáveis climáticas atuantes em diferentes etapas, indicando as possíveis estratégias de crescimento dessas árvores no início e final da formação do tronco. Além disso, o tamanho do efeito do sinal climático na parte intermediária revela que esta sofre influência da primeira e terceira partes. Portanto, recomendamos critério na avaliação isotópica dos anéis de crescimento da C. odorata, por se tratar de um registro bastante complexo e que sofre influências intra-anuais distintas. Por fim, nosso trabalho não avaliou o comportamento dos indivíduos separadamente, porém é importante ressaltar a maior sincronização da ∆13C bruta entre árvores observada até o ano de 1987 (Figura 3). Tal diferenciação de comportamento pode estar associada às respostas intrínsecas de cada indivíduo frente às condições climáticas, pois dentro do intervalo de interesse (entre 1968 e 1996), o ano de 1987 apresentou a maior temperatura média, precipitação total cerca de 20% abaixo da média e maior número de dias sem chuva, sendo a estação de 1987/1988 registrado pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos 45 (INPE, 2019) como um período de forte ocorrência do El Niño (Silva et al., 2018). A alteração na sincronia da ∆13C entre árvores após o evento de estresse revela a distinção nas respostas dos indivíduos frente às variações da temperatura e precipitação associadas ao El Niño. Considerando que o funcionamento da comunidade é resultado da interação entre a variabilidade ambiental e a variabilidade das populações, as atuais mudanças climáticas, que indicam aumento da temperatura e diminuição do período de chuvas, podem interferir no comportamento da comunidade como um todo, colocando em risco a prestação de serviços ecossistêmicos (Oyama e Nobre, 2003; Cardinale et al., 2012; Gloor et al., 2013; Nobre et al. , 2016; Arvor et al., 2017; Guimberteau et al., 2017; Esquivel‐Muelbert et al., 2019). 5. Referências Arvor, D., Funatsu, B., Michot, V., Dubreuil, V., 2017. Monitoring rainfall patterns in the southern Amazon with PERSIANN-CDR data: Long-term characteristics and trends Remote Sens 9, 889. Baker, J. C. A., Gloor, M., Spracklen, D. V., Arnold, S. R., Tindall, J. C., Clerici, S. J., Leng, M. J., Brienen, R. J. W., 2016. What drives interannual variation in tree ring oxygen isotopes in the Amazon? Geophys Res Lett 43, 11831–11840. Baker, J. C. A., Santos, G. 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