ABSTRACT The CO2 emission from the soil surface, commonly referred to as soil CO2 efflux (ECO2) or soil respiration, is the sum of processes that include root respiration and microbial activity. Measuring this evolution is important to establish sustainable land use models and to estimate global fluxes of carbon, which affect climate change. Despite its importance, few measurements have been made in areas of the semiarid Brazilian Northeast region, and most of them were made using the alkali absorption method (AA), which can underestimate ECO2. Measurements using AA were compared to measurements using the infrared gas analyzer method (IRGA) over ten months (in rainy and dry seasons), during the day and night, in areas of Caatinga (xeric shrubland and thorn forest) and pasture in the Agreste region of the state of Pernambuco. The ECO2 measurements from AA varied little from night to day and throughout the year or in the rainy and dry seasons. However, those obtained from IRGA were higher in the rainy than in the dry season, but also without significant differences from day to night. The values of both methods were similar in the dry season, but in the rainy season they were higher with the IRGA. Therefore, AA seems to have little sensitivity to seasonal variations, in contrast with measurements from the IRGA, and it may underestimate soil ECO2 when it attains higher values. This result indicates that some of the soil ECO2 values determined in areas of the Brazilian semiarid region, and consequently annual C losses, may have been underestimated.

Resumo Esse trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de um Índice de Susceptibilidade ao Fenômeno da Seca (ISFS) para o semiárido nordestino brasileiro, que considera além da climatologia, aspectos da natureza física e uso dos solos, aspectos econômicos, sociais e os riscos de perda da safra agrícola e de falta de água para consumo humano e animal. O índice foi desenvolvido tendo como base o Índice FUNCEME de Severidade de seca (IFS) e foi elaborado usando ferramentas propostas pelo Joint Research Centre/Organization for Economic Co-operation and Development (JRC/OECD), e usando também técnicas de preenchimento de dados com falhas e winsorização. Ele foi testado e validado com os dados reais do Estado do Rio Grande do Norte em três cenários climatológicos (ano seco, normal e chuvoso). Foram realizados também um teste de análise multivariada e uma simulação de Monte Carlo para a análise de sensibilidade e robustez do modelo desenvolvido, cujos resultados validaram a sua composição e os resultados obtidos com dados reais. O ISFS pode ser utilizado como uma ferramenta de auxílio aos decisores, em vários níveis governamentais, para orientar as ações de socorro às áreas atingidas pela seca.

Abstract This work presents the development of a composite Index of Susceptibility to Drought (ISD) for semiarid Brazilian Northeast that considers climatology, physical properties, soil usage, social and economic aspects, the risk of harvest losses and the shortage of human and animal drinking water. The index started with the Index FUNCEME of drought Severity (IFS), developed by FUNCEME. Then, it evolved to use some tools proposed by the Joint Research Centre/Organization for Economic Co-operation and Development (JRC/OECD), as well as techniques of multiple imputation for missing data and data winsorization. The work was tested and validated with real data from Rio Grande do Norte State in three climatologic scenarios (dry, regular and rainy). A multivariate analysis test and a Monte Carlo simulation were also produced for a sensibility and strength analysis of the developed model. These analyses validated the composition model and the obtained results with real data. The ISD can be used as a tool to support decision makers in various government levels to help guide the actions for the drought-affected areas.

RESUMO A caatinga é um bioma exclusivamente brasileiro com áreas em acentuado processo de desertificação. Os fungos micorrízicos arbusculares (FMA) atuam na sucessão vegetal favorecendo o estabelecimento das espécies vegetais próprias das etapas sucessionais e acelerando a recuperação para um estádio clímax da sucessão. O presente estudo teve como objetivo avaliar a ocorrência e diversidade de FMA em diferentes estádios sucessionais de caatinga no semiárido paraibano. Parcelas experimentais (30 x 60 m) foram demarcadas em áreas representando diferentes estádios sucessionais de caatinga: inicial (revegetação natural nos últimos 15 anos); intermediário (revegetação natural nos últimos 35 anos); tardio (caatinga madura com mais de 50 anos sem severos distúrbios antrópicos); e também em áreas de pasto cercadas e protegidas para representar o momento inicial de sucessão. Parcelas representativas dos quatro estádios foram implantadas com três repetições. Amostras de solo e raízes foram coletadas na camada de 0-15 cm de profundidade, nas estações seca e chuvosa. Todas as áreas apresentaram baixo potencial de infectividade, sugerindo que a introdução de mudas micorrizadas pode acelerar o processo de revegetação de parcelas degradadas nessa área. Com exceção das áreas em estádio tardio, os reservatórios de glomalina aumentaram com o avanço do processo de sucessão. Áreas em estádio tardio de sucessão apresentaram maior riqueza de espécies de FMA, indicando que o reestabelecimento da vegetação também exerce efeito significativo sobre a comunidade fúngica. Os gêneros Glomus e Acaulospora foram predominantes em ambas as estações, possivelmente por serem bem adaptadas às condições de semiárido.

ABSTRACT Caatinga is an exclusively Brazilian biome with areas in accentuated process of desertification. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) act in plant succession by favoring the establishment of plant species typical of successional stages and by accelerating recovery leading to a climax stage. The objective of the present work was to evaluate the occurrence and diversity of AMF in successional stages of caatinga in the semi-arid region of Paraíba State. Experimental plots (30 x 60 m) were delimitated in 2007 in areas corresponding to different caatinga successional stages: early caatinga succession (natural revegetation during the previous 15 years); intermediate (natural revegetation for about 35 years); late (mature caatinga with more than 50 years without major disturbances;) and also in pasture areas fenced and protected to represent the initial phase of succession. Plots of all four stages were implemented with three replicates. Soil and root samples were collected in the experimental plots, from the 0-15 cm soil layer in the dry and in the rainy seasons. All areas presented low infectivity potential suggesting that the introduction of mycorrhizal seedlings may accelerate the process of revegetation of degraded soils in this region. Except for the areas of late stage, the glomalin reservoirs increased along with the advancement of the succession process. Areas in the late stage of succession presented greater richness of AMF species, indicating that the establishment of the vegetation also exerts a significant effect in the fungal community. Glomus and Acaulospora species were predominant in both seasons, possibly because they are well adapted to semi-arid conditions.

A diversidade de fungos micorrízicos arbusculares (FMA) pode ser um fator crucial para aumentar a produtividade e diversidade de plantas nos ecossistemas, e em contrapartida, as plantas também influenciam fortemente a ocorrência desses fungos. Foi avaliada a relação entre diferentes sistemas de uso da terra e as comunidades de FMA na região semi-árida do Estado da Paraíba, Nordeste do Brasil. O experimento foi conduzido em esquema de parcelas subdividas em blocos casualizados, com quatro repetições. A presença ou ausência de árvores (gliricídia e maniçoba) foram parcelas principais e três sistemas de uso da terra foram as subparcelas: 1) cultivo tradicional de milho + feijão; 2) pastagem de capim buffel e 3) cultivo de palma forrageira. A presença das árvores aumentou a colonização micorrízica, esporulação e produção de propágulos de FMA em todos os três sistemas de uso da terra. Houve maior produção de proteínas do solo relacionadas à glomalina pelos FMA em parcelas com o cultivo de palma forrageira, independentemente da presença das árvores. Espécies de FMA pertencentes ao gênero Glomus predominaram independentemente da presença das árvores, do sistema de uso da terra e do período de amostragem do solo.

The diversity of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) can be a critical factor in enhancing both the productivity and the diversity of plants in ecosystems, and the plants in the ecosystem also strongly influence the occurrence of these fungi. The relationships between different land use systems and AMF communities in the semi-arid region of the State of Paraíba, NE Brazil were evaluated. The experiment followed a split-plot randomized block design, with four replicates. The main plots were defined by the presence or absence of trees (gliricidia and maniçoba), while the split plots were defined by three land use systems: 1) traditional cropping of maize + beans, 2) buffel grass pasture, and 3) prickly pear forage crop. The presence of trees increased sporulation, mycorrhizal colonization and the production of infective propagules of AMF in all three land use systems. Greater production of glomalin-related soil protein (GRSP) occurred in the prickly pear plots regardless of the presence or absence of trees. Species belonging to the Glomus genus predominated regardless of the presence of trees, land use systemor soil sampling period.

O efeito da adubação orgânica sobre a comunidade de fungos micorrízicos arbusculares (FMA) em sistemas consorciados com milho, feijão e algodão foi avaliado no semi-árido paraibano, ao longo de dois anos. O experimento foi conduzido em delineamento de blocos casualizados com quatro repetições e seis tratamentos: (M) esterco incorporado no solo antes do plantio; (G) ramas de gliricídia incorporadas antes do plantio; (M+G) esterco e gliricídia incorporados no solo antes do plantio; (GS) gliricídia aplicada em cobertura 45 dias após o plantio; (M+GS) esterco incorporado antes do plantio e gliricídia aplicada em cobertura 45 dias após o plantio; (C) tratamento controle. Não foi possível identificar um melhor tratamento, em ambos os anos, em termos de densidade de esporos, colonização micorrízica e teor de glomalina. Entretanto, houve efeito significativo das incorporações na maioria dos tratamentos quando comparados ao controle. Em ambos os anos, M+GS favoreceu a produção de glomalina e a esporulação de FMA no sistema com algodoeiro. No segundo ano, de poucas chuvas, houve aumentos na produção de esporos, glomalina, colonização e riqueza de espécies de FMA, independentemente do efeito das incorporações e da cultura. Os tratamentos com esterco apresentaram maior riqueza de espécies, independentemente do ano e da cultura.

The effect of organic manure on the community of mycorrhizal fungi (AMF) was evaluated in maize, cowpea and cotton intercropping systems in a semi-arid region of Brazil over two consecutive years. The experiment was conducted using a randomized block design with four replicates and six soil treatments: (M) goat manure incorporated in the soil before planting; (G) gliricidia prunings incorporated before planting; (M+G) manure and gliricidia incorporated before planting; (GS) gliricidia applied on the soil surface 45 days after planting; (M+GS) manure incorporated before planting and gliricidia applied to the surface 45 days after planting; and (C) control treatment without incorporation. It was not possible to identify the best treatment for both years in terms of spore density, mycorrhizal colonization and glomalin content. However, there was a significant effect from the fertilization treatments when compared to the control in most treatments. In both years, M+GS favored glomalin and AMF sporulation in the cotton plots. In the second year, which had low rainfall, there was an increase in production of spores, glomalin, colonization and AMF species richness irrespective of soil incorporation and culture. Plots that were fertilized with manure presented greater AMF species richness regardless of the year and crop type.

A flora e a estrutura da vegetação determinadas em um hectare de Caatinga, em 2001, foram comparadas com as de 2006. O número de espécies passou de 27 para 28, com desaparecimento de uma e surgimento de duas espécies. O número de indivíduos aumentou significativamente, de 3142 para 3567 (13,5% de aumento). Houve crescimento médio em diâmetro de 0,5mm.ano-1 e a biomassa aumentou, mas não significativamente (de 41,2 para 43,8 Mg.ha-1). As dinâmicas das populações diferiram, algumas aumentando em densidade e outras diminuindo, possivelmente por problemas no estabelecimento. As populações de Jatropha mollissima (Pohl) Baill. e Schinopsis brasiliensis Engl. reduziram-se significativamente e a de Mimosa ophthalmocentra Mart. ex Benth. praticamente triplicou, enquanto as da maioria das espécies não tiveram grandes variações. A vegetação parece ainda estar se desenvolvendo após corte raso 20 anos antes de 2001. Este processo, possivelmente afetado pela baixa precipitação em dois dos cinco anos, parece responsável pela maior mudança estrutural que as relatadas em outras áreas de vegetação tropical pouco antropizadas.

Floristic and structural characteristics determined in one hectare of caatinga in 2001 were compared to data from 2006. The number of species increased from 27 to 28, one species disappeared and two others arrived. The number of plants increased significantly, from 3142 to 3567 (13.5% increase). Average diameter increased 0.5mm.year-1 and aboveground biomass increased from 41.2 to 43.8 Mg.ha-1, but the difference was not statistically significant. Population dynamics were peculiar to each species, with some increasing and some decreasing in density, possibly due to establishment problems. Jatropha mollissima (Pohl) Baill. and Schinopsis brasiliensis Engl. populations were greatly reduced and that of Mimosa ophthalmocentra Mart. ex Benth. almost tripled, while the dynamics of most species changed little. The vegetation seems to be still developing after clear-cutting 20 years before 2001. This process, possibly affected by low rainfall in two of the five years, may be responsible for the greater structural change reported here than in other, little disturbed tropical vegetation.

A fenologia de 13 espécies arbustivas e arbóreas da caatinga do Seridó foi acompanhada durante dois anos para determinar se, nesta vegetação aberta e pobre de espécies, as fenofases sucedem-se ao longo de todo o ano. Foram selecionados 10 indivíduos adultos de cada espécie e feitas observações quinzenais sobre sua cobertura de folhagem, floração e frutificação. A cobertura de folhas foi fortemente influenciada pela pluviosidade, em 11 das espécies que tiveram as copas totalmente desfolhadas durante um número variável de dias durante as estações secas. Essa influência ficou patente nos rápidos fluxos de formação e queda de folhas, subsequentes a chuvas esporádicas, em épocas normalmente secas. No entanto, Capparis flexuosa e Erythroxylum pungens permaneceram com folhas o ano todo. Ao longo dos dois anos, apenas por curtos períodos de tempo (cerca de 15 dias) não havia flores ou frutos na comunidade. No entanto, floração e frutificação tiveram picos na estação chuvosa. Os padrões em nível de espécie foram mais complexos do que em nível de comunidade. Erythroxylum pungens não floresceu, e Aspidosperma pyrifolium e Tabebuia impetiginosa floresceram uma única vez, ao longo dos dois anos, enquanto Mimosa acutistipula floresceu cinco vezes e Jatropha mollissima e Pithecellobium foliolosum, quatro. Em quatro espécies (Amburana cearensis, Anadenanthera colubrina, Pithecellobium foliolosum e Tabebuia impetiginosa), a frutificação não ocorreu em todos os indivíduos que floresceram, enquanto nas outras espécies os que floresceram produziram frutos. Apesar de a frutificação ter ocorrido quase que continuamente, durante muitos períodos foi composta exclusivamente de frutos do tipo seco.

The phenology of 13 shrub and tree species in the caatinga of Seridó was observed for two years to determine if, in this open vegetation, poor in species, phenophases occur throughout all the seasons. Ten plants of each species were observed every 15 days to register leaf formation and fall, flowering and fruiting. Leaf formation was strongly influenced by rainfall in 11 species, which remained leafless during different periods of the dry seasons. This influence was most noticeable in the rapid leaf flush and fall following sporadic rain events within the dry season. Two species, Capparis flexuosa and Erythroxylum pungens , remained with leaves the whole year. Along the two years, only for short periods (about 15 days), there were no plants flowering and fruiting, but both peaked in the rainy season. The patterns were more complex at the species level than at the community level. Erythroxylum pungens did not flower and Aspidosperma pyrifolium and Tabebuia impetiginosa flowered only once, along the two years, while Mimosa acutistipula flowered five times and Jatropha mollissima and Pithecellobium foliolosum flowered four times. In four species (Amburana cearensis, Anadenanthera colubrina, Pithecellobium foliolosum and Tabebuia impetiginosa), fruiting did not occur in all plants that flowered, while in the other species all those that flowered also produced fruits. In spite of the almost continual fruit production, during several periods, only dry fruits were produced.

Os fungos micorrízicos arbusculares (FMA) podem conferir às plantas maior tolerância a metais pesados e têm sido indicados para uso em processos de revegetação. Foi avaliado o efeito de FMA no crescimento de mudas de Leucaena leucocephala (leucena), em solos de áreas de caatinga impactados por mineração de cobre (Mineradora Caraíba, Município de Jaguarari, Bahia). O delineamento foi do tipo inteiramente casualizado, em arranjo fatorial 3 × 4, correspondendo ao substrato das áreas de empréstimo (local em que a camada superficial do solo foi removida) e de rejeito de cobre, ao solo de caatinga preservada e a quatro tratamentos de inoculação (controle não-inoculado, inoculado com Glomus etunicatum, com Acaulospora longula e com a mistura dos dois fungos), com cinco repetições. Independentemente do tratamento de inoculação, o substrato da área de empréstimo mostrou-se mais indicado para o preparo de mudas de leucena, enquanto o da área de rejeito foi inviável para o cultivo dessa planta e estabelecimento da associação micorrízica. Embora infectivo, G. etunicatum foi ineficiente em promover o crescimento de leucena nas áreas impactadas, enquanto os FMA nativos, A. longula e a mistura dos fungos contribuíram para o desenvolvimento das mudas.

The arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) can promote plant tolerance to heavy metals and have been indicated for use in revegetation processes. The effect of native and introduced AMF on the growth of seedlings of Leucaena leucocephala on soils of caatinga biome impacted by copper mining (Mineração Caraíba, Jaguarari Municipality, Bahia State) was evaluated. The experiment was set up in a complete randomized design, in a 3 × 4 factorial arrangement, considering soil from preserved caatinga and substrates of a site from which the topsoil was removed and a site which received copper waste; and four inoculation treatments (uninoculated control, inoculated with Glomus etunicatum, Acaulospora longula, and a mixture of the two fungi), with five replicates. Independently of the inoculation treatment, the area where the topsoil was removed was more indicated for preparing the seedlings of leucaena, while the soil from the waste site was not suitable for growth of this plant and the establishment of mycorrhizal association. Although infective, G. etunicatum was not efficient in promoting growth of leucaena in the impacted areas, while the native AMF, A. longula and the mixture of fungi contributed to the development of the seedlings.

No Agreste paraibano, a batata (Solanum tuberosum L.) é importante cultura comercial, embora seja limitada pela variabilidade e escassez de chuvas e pela baixa fertilidade do solo. O esterco é a principal fonte de nutrientes utilizada para fertilização do solo, porém geralmente não é disponível em quantidade suficiente nas propriedades rurais para suprir a demanda das culturas agrícolas. Como alternativa tem sido recomendada a adubação verde com Crotalaria juncea L. Realizou-se um experimento, de 1996 a 2002, em um Neossolo Regolítico, com o objetivo de quantificar a produtividade da batata e o estoque de nutrientes no solo, após incorporações anuais de esterco e, ou, crotalária. Os tratamentos consistiram de: incorporação da crotalária (C), adição de 15 t ha-1 de esterco caprino (E), incorporação de crotalária + 7,5 t ha-1 de esterco (CE) e testemunha (T). No final do experimento, o tratamento E promoveu aumentos de 73, 45, 221 e 43 % nos teores de N total, P total, P e K extraíveis (Mehlich-1) do solo, respectivamente, em relação à testemunha. Os tratamentos C e CE aumentaram o N total do solo em 76 e 63 %, mas não aumentaram o teor dos outros nutrientes. Os acúmulos médios de massa seca, N, P e K na parte aérea da crotalária nos tratamentos, ao longo dos cinco anos, foram de 3.550, 69, 6 e 55 kg ha-1, respectivamente. As produtividades médias de tubérculos, ao longo dos cinco anos de colheita, foram de 15.204, 12.053, 11.085 e 7.926 kg ha-1 nos tratamentos CE, C, E e T, respectivamente. Apesar de a adição de 15 t ha-1 de esterco ter proporcionado os maiores aumentos nos nutrientes do solo, as maiores produtividades de tubérculos ao longo do período do estudo foram obtidas quando se combinou o plantio e a incorporação de crotalária com a adição de 7,5 t ha-1 de esterco.

Potato (Solanum tuberosum L.) is an important cash crop in the semi-arid region of Paraíba, Brazil. However, potato productivity is limited by low soil fertility and the limited and highly variable precipitation pattern of this region. Animal manure is the main nutrient source for soil fertility amelioration, but farm manure available is usually not enough to fertilize crops. A cover crop could decrease the demand for animal manure. The characteristics of Crotalaria (Crotalaria juncea L.) recommend it as green manure. A field experiment was conducted from 1996 to 2002 to quantify the effects of annual organic fertilization with animal manure and/or crotalaria on potato productivity and soil nutrient stocks. Treatments consisted of: crotalaria incorporation (C), goat manure, 15 t ha-1 (E), crotalaria incorporation + goat manure, 7.5 t ha-1 (CE), and control plots (T). At the end of the study period, treatment E increased soil total N, total P and available P and K by 73, 45, 221 and 43 %, compared to the control plots. Treatments C and CE increased soil total N by 76 and 63%, but had no effect on other soil nutrients. Overall 5-year averages of crotalaria aboveground accumulation of dry matter, N, P and K were 3550, 69, 6 and 55 kg ha-1, respectively. Average potato productivities for the 5-year period were 15204, 12053, 11085, and 7926 kg ha-1, for treatments CE, C, E and T, respectively. Despite the significant increases in soil nutrient stocks as a result of the annual manure addition of 15 t ha-1, potato productivity was consistently higher in the combination of crotalaria plus 7.5 t ha-1 manure treatment.

Gliricidia sepium é uma leguminosa arbórea que tem sido utilizada em sistemas em aléias no semi-árido nordestino por apresentar bom desenvolvimento em condições de estresse hídrico. Entretanto, há pouca informação disponível sobre o efeito da introdução dessa espécie nos agroecossistemas da região. No presente estudo, objetivou-se avaliar a influência da distância de plantas de Gliricidia sepium sobre características da cultura do milho e do solo e microclima no Agreste Paraibano. O estudo foi realizado no município de Esperança (PB), em área de 0,5 ha, onde, em 1996, foram plantadas fileiras de G. sepium espaçadas 6 m entre si e com 1 m entre as árvores. Nesta área, em 2002, foram delimitadas quatro parcelas de 6 x 8 m e, em cada parcela, foi estabelecido um transeto perpendicular às fileiras de árvores com três posições de amostragem: (1) nas fileiras de árvores (0 m); (2) a 1 m das fileiras de árvores, e (3) a 3 m de distância das fileiras de árvores. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados com quatro repetições. A massa seca de folhedo caído embaixo da fileira de árvores foi de 1.390 kg ha-1 e diminuiu, gradativamente, para 270 kg ha-1 a 3 m de distância das árvores. As concentrações de P, K e matéria orgânica leve (MOL) embaixo das árvores foram maiores do que a 1 e 3 m de distância das fileiras. As médias mensais das temperaturas mínimas do ar e do solo embaixo e a 3 m das árvores foram similares. Entretanto, as médias mensais das temperaturas máximas do solo e do ar foram de 6 e 2 °C mais altas a 3 m das árvores, respectivamente, ao longo do período de estudo. A umidade do solo foi significativamente menor embaixo das árvores do que a 1 e 3 m de distância. O milho produziu mais grãos e palha e acumulou mais nutrientes nas posições mais próximas das fileiras de G. sepium.

Gliricidia sepium is a leguminous tree that has been used in alley cropping systems in the Northeastern semi-arid region of Brazil because of its good development under water stress conditions. However, little information is available on the effects of the introduction of this species into regional agroecosystems. The objective of the present study was to evaluate the influence of the distance of Gliricidia sepium plants on the characteristics of maize crop, soil properties and microclimate conditions in the semi-arid region of Paraiba, Brazil. The study was conducted in the Esperança County, Paraíba State, Brazil., where G. sepium trees were planted on a 0.5 ha field in 1996. The spacing used was 6 m between rows and 1 m between plants within the rows. In 2002, four 48 m² plots were established within this field. Within each plot, three sampling positions were established: (1) under tree crowns in the rows (0 m); (2) 1 m apart from tree rows; and (3) 3 m apart from the tree rows. The experiment had a randomized block design with four replications. Litterfall dry matter amounted to 1.390 kg ha-1 under the trees and decreased to 270 kg ha-1 at a distance of 3 m from the trees. Soil P, K and light fraction of organic matter were significantly greater under the trees as compared to those between the tree rows. Soil and air monthly minimum temperature averages were not influenced by the distance from the trees. However, soil and air monthly maximum temperature averages were 6 and 2 °C lower under the trees, respectively. Soil moisture was significantly lower under the trees as compared to positions 1 and 3 m away from tree rows. Maize grain and straw yields as well as nutrient accumulation were higher under the trees and decreased with increasing the distance from the trees.