Do changes in carbon allocation account for the growth response to potassium and sodium applications in tropical Eucalyptus plantations?

Abstract

Understanding the underlying mechanisms that account for the impact of potassium (K) fertilization and its replacement by sodium (Na) on tree growth is key to improving the management of forest plantations that are expanding over weathered tropical soils with low amounts of exchangeable bases. A complete randomized block design was planted with Eucalyptus grandis (W. Hill ex Maiden) to quantify growth, carbon uptake and carbon partitioning using a carbon budget approach. A combination of approaches including the establishment of allometric relationships over the whole rotation and measurements of soil CO2 efflux and aboveground litterfall at the end of the rotation were used to estimate aboveground net production (ANPP), total belowground carbon flux and gross primary production (GPP). The stable carbon isotope (delta C-13) of stem wood alpha-cellulose produced every year was used as a proxy for stomatal limitation of photosynthesis. Potassium fertilization increased GPP and decreased the fraction of carbon allocated belowground. Aboveground net production was strongly enhanced, and because leaf lifespan increased, leaf biomass was enhanced without any change in leaf production, and wood production (P-W) was dramatically increased. Sodium application decreased the fraction of carbon allocated belowground in a similar way, and enhanced GPP, ANPP and P-W, but to a lesser extent compared with K fertilization. Neither K nor Na affected delta C-13 of stem wood alpha-cellulose, suggesting that water-use efficiency was the same among the treatments and that the inferred increase in leaf photosynthesis was not only related to a higher stomatal conductance. We concluded that the response to K fertilization and Na addition on P-W resulted from drastic changes in carbon allocation.

Compreender os mecanismos subjacentes que explicam o impacto da fertilização com potássio (K) e sua substituição por sódio (Na) no crescimento das árvores é essencial para melhorar o manejo das plantações florestais que estão se expandindo sobre solos tropicais intemperizados com baixas quantidades de bases trocáveis. Um delineamento experimental de blocos ao acaso foi plantado com Eucalyptus grandis (W. Hill ex Maiden) para quantificar o crescimento, a captação e a partição de carbono usando uma abordagem de orçamento de carbono. Uma combinação de abordagens, incluindo o estabelecimento de relações alométricas em toda a rotação e medições de CO 2 do soloo efluxo e a serapilheira acima do solo no final da rotação foram utilizados para estimar a produção líquida acima do solo (ANPP), o fluxo total de carbono abaixo do solo e a produção primária bruta (GPP). O isótopo estável de carbono (δ 13 C) da α-celulose da madeira do caule produzido todos os anos foi usado como proxy para a limitação estomática da fotossíntese. A fertilização com potássio aumentou a GPP e diminuiu a fração de carbono alocada abaixo do solo. A produção líquida acima do solo foi fortemente aprimorada e, como a vida útil das folhas aumentou, a biomassa foliar aumentou sem qualquer alteração na produção das folhas e a produção de madeira (P W ) aumentou dramaticamente. A aplicação de sódio diminuiu a fração de carbono alocada abaixo do solo de maneira semelhante e aumentou a GPP, ANPP e P W, mas em menor grau em comparação com a fertilização com K. Nem K nem Na afetaram δ 13 C da α-celulose da madeira do caule, sugerindo que a eficiência no uso da água foi a mesma entre os tratamentos e que o aumento inferido na fotossíntese foliar não se relacionou apenas a uma maior condutância estomática. Concluímos que a resposta à fertilização com K e adição de Na em PW resultou de mudanças drásticas na alocação de carbono.