Heterogeneity of elemental composition and natural abundance of stables isotopes of C and N in soils and leaves of mangroves at their southernmost West Atlantic range

Tognella, M M P; Soares, M L G; Cuevas, E; Medina, E

Abstract Mangrove communities were selected in the state of Santa Catarina, Brazil, near their southernmost limit of distribution, to study mineral nutrient relation in soils and plants. Communities included three true mangrove species, Rhizophora mangle, Laguncularia racemosa and Avicennia germinans, and two associated species, the fern Acrostichum danaeifolium, and the grass Spartina densiflora. The sites included communities in the lower Río Tavares near Florianopolis city, Sonho beach near Palhoça city, and the Santo Antonio lagoon. These sites included a full range of mangroves under humid climate where winter temperatures, instead of salinity, may be the main factor regulating their productive capacity and species composition. Soil salinity was determined by the concentration of soluble Na, and soil C and N were linearly correlated indicating their association in organic matter. Tavares site showed higher specific conductivity, and concentrations of Na and Mg in the soil layer below 40 cm depth, indicating larger influence of marine water. Isotopic signature of C increased with soil depth suggesting that microorganisms decomposing organic matter are releasing 13C depleted CO2. Nitrogen isotopic signature decreased with soil depth, indicating enrichment in 15N possibly as a result of denitrification in the upper soil layers. Mineral elements in leaf tissues showed A. schaueriana with higher concentrations of N, P, Na, K, Cu, Zn, and Na/Ca ratio. Spartina densiflora was characterized by the lowest N and K concentrations, and the highest concentrations of Al and Fe. Rhizophora mangle and L. racemosa had the highest Ca concentrations. Carbon isotopic signatures identified S. densiflora as a C4 plant, and A. schaueriana as the mangrove species occupying comparatively more water stressed microsites than the rest. Leaf nitrogen isotopic signatures were positive, in correspondence with the soil values. The results support the hypothesis that sites sampled were comparatively fertile, because sediment transport through fresh water run-off is predominant in humid coasts, and therefore plants were not limited by nutrient supply, nor particularly stressed by soil salinity.

Resumo Foram selecionadas florestas de mangue próximas ao limite sul de distribuição dos manguezais, no estado de Santa Catarina, Brasil, para o estudo do conteúdo de nutrientes no solo e em tecido vegetal.

As comunidades estudadas eram compostas por três espécies típicas de mangue:

Rhizophora mangle, Laguncularia racemosa e Avicennia germinans, e duas espécies associadas: a samambaia-do-brejo, Acrostichum danaeifolium, e a herbácea Spartina densiflora. Os locais de estudo incluiram comunidades no curso inferior do Rio Tavares na cidade de Florianópolis; Praia do Sonho, próxima à cidade de Palhoça e a Lagoa de Santo Antonio. Esses locais incluiram manguezais submetidos a clima úmido, onde as temperaturas do inverno, mais do que a salinidade, são o principal fator regulador da capacidade produtiva do sistema e da composição de espécies. A salinidade do solo foi determinada pela concentração de Na solúvel. Os conteúdos de Carbono e Nitrogênio no solo apresentaram correlação linear, indicando sua associação na matéria orgânica. A área do Rio Tavares apresentou maior influência marinha evidenciada pelas altas condutividade específica e concentrações de Na e Mg nas camadas do solo abaixo de 40 cm de profundidade. A assinatura isotópica do C aumentou com a profundidade no solo, o que sugere que microorganismos decompositores da matéria orgânica estão liberando CO2 pobre em 13C. A assinatura isotópica do Nitrogênio diminui com a profundidade do solo, indicando enriquecimento em 15N, possivelmente como resultado de processo de denitrificação nos níveis superiores do solo. Os tecidos foliares de A. schaueriana apresentaram as maiores concentrações de N, P, Na, K, Cu, Zn, e da razão Na/Ca. Spartina densiflora apresentou as menores concentrações de N e K e as maiores concentrações de Al e Fe. Rhizophora mangle e L. racemosa apresentaram as maiores concentrações de Ca. Os resultados da assinatura isotópica de Carbono identificam S. densiflora como uma planta C4 e A. schaueriana como a espécie de mangue que ocupa os locais com maior estresse hidrico. As assinaturas isotópicas do Nitrogênio foram positivas, estando de acordo com os valores observados para o solo. Os resultados sustentam a hipótese de que os locais estudados são fertéis, pois o escoamento superficial de água doce é predominante em costas úmidas e, portanto, as plantas não estão sujeitas à limitação por aporte de nutrientes e não estão submetidas a estresse salino.