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Previous issue date: 2017-07-24 === CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior === CNPQ – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico === O aumento das concentrações de CO2 atmosférico no último século deve impactar a produtividade primária dos ecossistemas. Esse efeito pode ser direto e positivo, devido a um mecanismo de fertilização, ou de modo indireto (positivo ou negativo) através de mudanças climáticas. Evidências sobre variação no balanço de carbono de florestas nas últimas décadas indicam respostas neutras em regiões boreais, positivas em regiões temperadas e negativas nos trópicos. Especificamente para florestas subtropicais há pouca evidência acerca de como a produtividade primária responde a esses fatores de mudança global. Nesse trabalho, investigamos como a produtividade primária de uma conífera arbórea dominante em florestas subtropicais úmidas do SE da América do Sul (Araucaria angustifolia) tem sido afetada ao longo do último século pelas concentrações de CO2 e consequentes alterações climáticas. Para uma população dessa espécie, testamos a validade das seguintes hipóteses: (i) o incremento de CO2 atmosférico afeta a taxa de fixação de carbono indiretamente, através do impacto do aquecimento global nos regimes regionais de temperatura e precipitação; e (ii) além desse efeito indireto, o incremento de CO2 afeta diretamente a taxa de fixação de carbono através de um mecanismo de fertilização. Para uma amostra inicial de 25 árvores de A. angustifolia de 0,33 ha de floresta subtropical madura no sul do Brasil, estimamos séries de incremento anual de carbono no lenho de 14 árvores, a partir de séries dendrocronológicas codatadas de largura de aneis (de um estudo preexistente) e de densidade de aneis (por densitometria de Raios X); e equações hipsométrica (ajustada à população local) e volumétrica (geral para a espécie). As séries individuais foram combinadas numa série média de índices de incremento de carbono (vetor I), filtrando previamente tendências ontogenéticas (pela Curva Regional de Padronização) e autocorrelação temporal (por modelos autoregressivos). Comparando I à séries regionais de temperatura média e precipitação total (estimativas do CRU TS4), através de Função de Correlação, selecionamos variáveis climáticas relacionadas à fixação de carbono (matrizes P e T). Dados instrumentais de concentração de carbono atmosférico (NOAA EARL) e estimativas de temperatura global (CRU TEM4) compuseram as matrizes C e A, respectivamente. Finalmente, a validade dos modelos causais descrevendo as relações entre as matrizes I, T, P, A e C segundo as diferentes hipóteses de estudo, foi testada por Análise de Caminhos. A cronologia de índices residuais de incremento de carbono obtida cobriu o período 1890 a 2014, com médias de rbar = 0,27 e EPS = 0,77. Nas análises subsequentes consideramos o período de 1901 a 2008 (período comum com as séries climáticas). Ambos modelos não foram rejeitados na Análise de Caminhos (P > 0,1), sendo o modelo que representa a hipótese i considerado mais plausível pelo maior p-valor para a estatística C de Fisher (Fisher-C = 9,25, gl = 10, P = 0,508). Nesse modelo, o aquecimento global decorrente da elevação do CO2 afeta negativamente o incremento de carbono em A. angustifolia através da elevação da temperatura de maio prévio na região. Além deste fator climático, as precipitações de março e junho prévios afetam a fixação de carbono de modo positivo, porém ambas não são influenciadas pelo CO2 através do aquecimento global. Em conjunto, as variáveis climáticas explicaram 19% da variação temporal do incremento de carbono das árvores. Esses resultados demonstram que, apesar do conhecido impacto positivo do aumento do CO2 na eficiência do uso água nessa espécie (e sítio) isso não se traduz em maior produtividade primária, possivelmente pelo carácter ombrófilo do clima regional. Por outro lado, a mudança para outonos com temperatura mais elevadas tem resultado em menor produtividade primária de A. angustifolia ao longo do último século. Sendo esta espécie dominante e com papel chave na estrutura trófica, este efeito negativo da mudança climática na sua produtividade, possivelmente, pode impactar indiretamente a estrutura e o funcionamento dos ecossistemas em que insere. === The increase in the concentrations of atmospheric CO2 in the last century must impact ecosystems primary productivity. This effect may be direct and positive, due to a fertilization mechanism, or indirect (positive or negative) through climate changes. Evidences on the variation of carbon balance in forests in the last decades indicate neutral responses in boreal regions, positive in temperate regions and negative in the tropics. There is little evidence about how primary productivity responds to these global changing factors in subtropical forests. In this study, we investigate how the primary productivity of a dominant conifer in subtropical moist forests of the Southeast region of South America (Araucaria angustifolia) has been affected throughout the last century by elevated CO2 concentrations and consequent climate alterations. For a population of this species, we have tested the validity of the following hypothesis: (i) the increase of atmospheric CO2 indirectly affects the rate of carbon fixation, through the impact of global warming in the local temperature and rainfall regimes; and (ii) besides this indirect effect, the increment in CO2 directly affects the rate of carbon fixation through a fertilization mechanism. In an initial sample of 25 A. angustifolia trees from 0,33 ha of mature subtropical forest in the south of Brazil, we estimated annual series of wood carbon content for 14 trees using series of dendrochronologically dated growth-ring widths (from a preexisting study) and growth-ring densities (by X ray densitometry), and hypsometric (adjusted to local population) and volumetric (general for the species) equations. The individual series were combined in an average index series of carbon increment (I vector), previously removing ontogenetic tendencies (through Regional Curve Standardization) and time autocorrelation (by autoregressive models). By comparing I to regional series of mean temperature and total rainfall (estimations of CRU TS4) through a Correlation Function, we selected several climatic variables related to carbon fixation (P and T matrices). Instrumental data of atmospheric C concentration (NOAA EARL) and estimations of global temperature (CRU TEM4) composed matrices C and A, respectively. Finally, the validity of causal models describing the relations among matrices I, T, P, A e C according to the different hypothesis of the study, was tested through Path Analysis. The resulting chronology of residual indexes of carbon increment comprehended the period of 1890 to 2014, with averages of rbar = 0,27 and EPS = 0,77. In the subsequent analysis, we considered the period of 1901 to 2008 (common period with the climate series). Both models were not rejected in the Path Analysis (P > 0,1), and the model which represents the i hypothesis was considered the most plausible by the greater p-value for the Fisher’s C-statistic (Fisher-C = 9.25, gl =10, P = 0.508). In this model, global warmth comes from the elevation of CO2 which negatively affects the increase in carbon content in A. angustifolia through regional temperature elevation (in previous) may. Besides this climatic factor, rainfalls in previous march and june affected carbon fixation in a positive way, although both are not influenced by CO2 through global warming. In summary, climatic variables explained 19% of temporal variation of carbon increase in the trees. These results demonstrate that, despite the known positive impact of CO2 in water use efficiency in this species (and site), this does not translate into a greater primary productivity, possibly by the ombrophilous character of the regional climate. On the other hand, the change into autumns with higher temperatures has resulted in lower primary productivity of A. angustifolia throughout the last century. As this is the dominant species and plays a key role in the trophic structure, this negative effect of the climatic change in its productivity may, possibly, indirectly impact the structure and the operation of the ecosystems in which it is inserted.
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