SOIL HETEROGENEITY AND RESOURCE AVAILABILITY IN AMAZONIAN BRAZIL NUT GROVES: A GEOSTATISTICAL ANALYSIS OF FERTILITY GRADIENTS IN RORAIMA
DOI:
https://doi.org/10.56238/revgeov17n6-076Keywords:
Soil Geostatistics, Tropical Soil Fertility, Spatial Variability, Bertholletia excelsa, Amazon RainforestAbstract
Soil fertility in tropical forests is characterized by strong spatial heterogeneity resulting from the interaction of pedogenetic, hydrological, and biogeochemical processes. In Amazonian Brazil nut forests, understanding the spatial organization of soil properties is essential for interpreting the mechanisms regulating resource availability for Bertholletia excelsa. This study aimed to analyze the spatial variability of physical and chemical soil attributes in a Brazil nut forest located in the state of Roraima, northern Amazonia, using geostatistical approaches. Soil properties related to fertility and structure were evaluated, including clay fraction, soil carbon, exchangeable aluminum, potential acidity, cation exchange capacity, available phosphorus, and soil bulk density. Spatial structure was assessed through experimental variograms and the adjustment of theoretical models, followed by ordinary kriging to interpolate selected soil attributes. Most variables exhibited detectable spatial dependence, with the spherical model providing the best fit for the majority of variograms. Clay fraction, soil carbon, and exchangeable aluminum showed strong spatial dependence, whereas available phosphorus, soil bulk density, and cation exchange capacity displayed moderate spatial dependence. Kriging interpolation revealed the presence of intra-area edaphic mosaics, highlighting spatial gradients in soil fertility and texture. These patterns suggest that water and nutrient availability may vary significantly at relatively short spatial scales, potentially influencing the ecophysiological functioning of Brazil nut trees. The integration of geostatistical analysis with pedogeochemical interpretation allowed identification of how soil gradients structure resource availability within the soil–plant system. Overall, the results contribute to improving the understanding of soil dynamics in Amazonian Brazil nut forests and provide scientific support for sustainable management and conservation strategies of Brazil nut-based extractive systems.
Downloads
References
ÁLVAREZ-HERRERA, J. G.; JAIME-GUERRERO, M.; FERNÁNDEZ-PÉREZ, C. J. Spatial variability and geostatistical modeling of soil physical properties under Eucalyptus globulus plantations. Geomatics, v. 5, n. 3, 41, set. 2025. DOI: 10.3390/geomatics5030041.
ANDEREGG, W. R. L.; KONINGS, A. G.; TRUGMAN, A. T.; YU, K.; BOWLING, D. R.; GABBITAS, R. et al. Hydraulic diversity of forests regulates ecosystem resilience during drought. Nature, v. 561, p. 538-541, set. 2018. DOI: 10.1038/s41586-018-0539-7.
AQUINO, R. E.; CAMPOS, M. C. C.; MARQUES JÚNIOR, J.; OLIVEIRA, I. A.; MANTOVANELI, B. C.; SOARES, M. D. R. Geoestatística na avaliação dos atributos físicos em Latossolo sob floresta nativa e pastagem na região de Manicoré, Amazonas. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 38, n. 2, p. 397-406, mar./abr. 2014. DOI: 10.1590/S0100-06832014000200004.
BALDRIAN, P.; KOLAŘÍK, M.; ŠTURSOVÁ, M.; KOPECKÝ, J.; VALÁŠKOVÁ, V.; VĚTROVSKÝ, T. et al. Active and total microbial communities in forest soil are largely different and highly stratified during decomposition. The ISME Journal, v. 6, n. 2, p. 248-258, fev. 2012. DOI: 10.1038/ismej.2011.95.
BARBOSA, R. I. et al. Soil analysis data for forest islands dispersed on savannas of Roraima, northern Brazilian Amazonia. Mendeley Data, v. 3, 2019. DOI: 10.17632/gfw5ccbrsz.2.
Barni, P. E., Barbosa, R. I., Xaud, H. A. M., Xaud, M. R., & Fearnside, P. M. (2020). Precipitação no extremo norte da Amazônia: distribuição espacial no estado de Roraima, Brasil. Sociedade & Natureza, 32, 420-436. DOI: 10.14393/SN-v32-2020-52769.
BATISTA, A. H.; MELO, V. F.; BARBOSA, J. Z.; BARBEIRO, L.; GOMES, R.; DULTRA, M. T. M. Soil quality and reforestation of the Brazil nut tree (Bertholletia excelsa) after laterite-type bauxite mining in the Brazilian Amazon forest. Ecological Engineering, v. 125, p. 111-118, dez. 2018. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2018.10.016.
BENEDETTI, U. G.; VALE JÚNIOR, J. F.; SCHAEFER, C. E. G. R.; MELO, V. F.; UCHÔA, S. C. P. Gênese, química e mineralogia de solos derivados de sedimentos pliopleistocênicos e de rochas vulcânicas básicas em Roraima, Norte Amazônico. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 35, n. 2, p. 299-312, mar./abr. 2011. DOI: 10.1590/S0100-06832011000200002.
BRIENEN, R. J. W.; PHILLIPS, O. L.; FELDPAUSCH, T. R.; GLOOR, E.; BAKER, T. R.; LLOYD, J. et al. Long-term decline of the Amazon carbon sink. Nature, v. 519, p. 344-348, mar. 2015. DOI: 10.1038/nature14283.
CAETANO ANDRADE, V. L.; CLEMENT, C. R.; HERRERA-RAMÍREZ, D. et al. Insights into growth, ring formation and maximum ages of Brazil nut trees (Bertholletia excelsa) using ¹⁴C dating and tree-ring analysis. Radiocarbon, v. 66, n. 2, p. 306-325, abr. 2024. DOI: 10.1017/RDC.2024.39.
COSTA, A. C. S.; SOUZA JUNIOR, I. G.; CANTON, L. C.; GIL, L. G.; FIGUEIREDO, R. Contribution of the chemical and mineralogical properties of sandy-loam tropical soils to the cation exchange capacity. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 44, e0200019, 2020. DOI: 10.36783/18069657rbcs20200019.
COSTA, M. G.; TONINI, H.; MENDES FILHO, P. Soil attributes related with production of Brazil nut tree (Bertholletia excelsa). Floresta e Ambiente, v. 24, e20150042, 2017. DOI: 10.1590/2179-8087.004215.
DA COSTA, K. C. P.; CARVALHO GONÇALVES, J. F.; GONÇALVES, A. L. et al. Advances in Brazil nut tree ecophysiology: linking abiotic factors to tree growth and fruit production. Current Forestry Reports, v. 8, n. 1, p. 90-110, mar. 2022. DOI: 10.1007/s40725-022-00158-x.
DOETTERL, S.; ASIFIWE, R. K.; BAERT, G.; BAMBA, F.; BAUTERS, M.; BOECKX, P.; BUKOMBE, B.; CADISCH, G.; COOPER, M.; CIZUNGU, L. N.; HOYT, A.; KABASEKE, C.; KALBITZ, K.; KIDINDA, L.; MAIER, A.; MAINKA, M.; MAYROCK, J.; MUHINDO, D.; MUJINYA, B. B.; MUKOTANYI, S. M.; NABAHUNGU, L.; REICHENBACH, M.; REWALD, B.; SIX, J.; STEGMANN, A.; SUMMERAUER, L.; UNSELD, R.; VANLAUWE, B.; VAN OOST, K.; VERHEYEN, K.; VOGEL, C.; WILKEN, F.; FIENER, P. Organic matter cycling along geochemical, geomorphic, and disturbance gradients in forest and cropland of the African Tropics – project TropSOC database version 1.0. Earth System Science Data, v. 13, n. 9, p. 4133-4153, set. 2021. DOI: 10.5194/essd-13-4133-2021.
DOS SANTOS, C. R. C.; SOUSA, W. M.; SOUSA, G. G.; SOUZA, J. M. L.; OLIVEIRA, L. D. S.; OLIVEIRA, J. S.; SOUSA, D. M. M. Spatial variability of soil fertility under agroforestry system and native forest in eastern Amazonia, Brazil. Bioscience Journal, v. 39, e39015, 2023. DOI: 10.14393/BJ-v39n0a2023-62830.
FEITOSA, K. K. A.; VALE, J. F.; SCHAEFER, C. E. G. R.; SOUSA, M. I. L.; NASCIMENTO, P. P. R. R. Relações solo-vegetação em "ilhas" florestais e savanas adjacentes, no nordeste de Roraima. Ciência Florestal, v. 26, n. 1, p. 135-146, jan./mar. 2016.
FERREIRA, M. D. C. C.; NETO, M. F. C.; MELO, A. C. G. R.; MONTERO, I. F.; CHAGAS, E. A.; FERRAZ, V. P. et al. Physical-chemical properties and chemical composition of Brazil nut oil, Bertholletia excelsa, from state of Roraima, Brazilian Amazon. Chemical Engineering Transactions, v. 75, p. 391-396, 2019. DOI: 10.3303/CET1975066.
GOMES, E.; FIRMINO, A. V.; GUEDES, A. C. L.; BAIA, A. P.; GONÇALVES, D. A.; MACIEL, S. P. O.; GUEDES, M. C. Nutritional quality of Brazil nuts from different trees and under different storage conditions. Revista Brasileira de Ciências Ambientais, v. 59, e1744, 2024. DOI: 10.5327/Z2176-94781744.
HOU, J.; FU, B. A new method for revealing spatial relationships between shrubs and soil resources in arid regions. CATENA, v. 183, 104187, dez. 2019. DOI: 10.1016/j.catena.2019.104187.
IVANOV, G. B. Influência de variáveis dendrométricas, anatômicas e ambientais na produção de frutos e sementes de Bertholletia excelsa HBK. 2011. 92 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Florestal) – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2011.
LEMOS FILHO, L. C. A.; FERREIRA, L. L. N.; LYRA, D. L. Variabilidade espacial de atributos do solo indicadores de degradação ambiental em microbacia hidrográfica. Agropecuária Científica no Semiárido, v. 16, n. 4, p. 1-7, 2020. DOI: 10.18227/1982-8470ragro.v11i1.3413.
LLOYD, J.; DOMINGUES, T. F.; SCHRODT, F.; ISHIDA, F. Y.; FELDPAUSCH, T. R.; SAIZ, G.; QUESADA, C. A.; SCHWARZ, M.; TORELLO-RAVENTOS, M.; GILPIN, M.; MARIMON, B. S.; MARIMON-JUNIOR, B. H.; RATTER, J. A.; GRACE, J.; NARDOTO, G. B.; VEENENDAAL, E.; ARROYO, L.; VILLARROEL, D.; KILLEEN, T. J.; STEININGER, M.; PHILLIPS, O. L. Edaphic, structural and physiological contrasts across Amazon Basin forest–savanna ecotones suggest a role for potassium as a key modulator of tropical woody vegetation structure and function. Biogeosciences, v. 12, n. 21, p. 6529-6571, nov. 2015. DOI: 10.5194/bg-12-6529-2015.
LOPES, J. S. Ciclagem de nutrientes, características funcionais e crescimento de Bertholletia excelsa Bonpl. cultivada sob plantio puro submetido à calagem. 2020. 103 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) – Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus, 2020.
MARENGO, J. A. Characteristics and spatio-temporal variability of the Amazon River Basin water budget. Climate Dynamics, v. 24, n. 1, p. 11-22, jan. 2005. DOI: 10.1007/s00382-004-0461-6.
MARTINS, K. G.; MARQUES, M. C.; SANTOS, E.; MARQUES, R. Effects of soil conditions on the diversity of tropical forests across a successional gradient. Forest Ecology and Management, v. 349, p. 4-11, ago. 2015. DOI: 10.1016/j.foreco.2015.04.018.
MELO, V. F.; MATOS, C. H. L.; SCHAEFER, C. E. G.; UCHÔA, S. C. P.; MONTENEGRO, R. A.; IUIT, C. E. C. et al. Indigenous lands of Roraima and ecosystem services: pedology and land use, vegetation cover, total carbon stock, and water resources. Journal for Nature Conservation, v. 83, 127175, fev. 2025. DOI: 10.1016/j.jnc.2024.127175.
MELO, V. F.; SCHAEFER, C. E. G. R.; FONTES, L. E. F.; CHAGAS, A. C.; LEMOS JÚNIOR, J. B.; ANDRADE, R. P. Physical chemical and mineralogical characteristics of soils from the agricultural colony of Apiaú (Roraima, Amazonia), under different land uses and after burning. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 30, n. 6, p. 1039-1050, nov./dez. 2006.
OLIVEIRA, I. A.; CAMPOS, M. C.; SANTOS, R. V.; ALMEIDA, R. G.; MARTINS, T. S.; SILVA, D. M. P. et al. Geostatistics and sample density of chemical attributes for soil under sugarcane and agroforestry in Humaitá-AM, Brazil. Journal of Sustainable Development, v. 16, n. 2, p. 79-91, 2023.
PAVANI-BIJU, B.; BORGES, J. G.; MARQUES, S.; TEODORO, A. C. Enhancing forest site classification in Northwest Portugal: a geostatistical approach employing cokriging. Sustainability, v. 16, n. 15, 6423, jul. 2024. DOI: 10.3390/su16156423.
PEBESMA, E. J. Multivariable geostatistics in S: the gstat package. Computers & Geosciences, v. 30, n. 7, p. 683-691, ago. 2004. DOI: 10.1016/j.cageo.2004.03.012.
PEREIRA, L. F. Caracterização e reconstituição paleoambiental da formação Içá na Bacia do Rio Negro - AM. 2016. 155 f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2016.
PFUTZ, I. F. P. Geostatistical modeling and remotely sensed data to improve dendrometric variables prediction in Tectona grandis L. f. stand. Kurú, v. 19, n. 45, p. 43-51, 2022. DOI: 10.18845/rfmk.v19i45.6327.
QUESADA, C. A.; LLOYD, J.; ANDERSON, L. O.; FYLLAS, N. M.; SCHWARZ, M.; CZIMCZIK, C. I. Soils of Amazonia with particular reference to the RAINFOR sites. Biogeosciences, v. 8, n. 6, p. 1415-1440, jun. 2011. DOI: 10.5194/bg-8-1415-2011.
QUESADA, C. A.; LLOYD, J.; SCHWARZ, M.; PATIÑO, S.; BAKER, T. R.; CZIMCZIK, C.; FYLLAS, N. M.; MARTINELLI, L.; NARDOTO, G. B.; SCHMERLER, J.; SANTOS, A. J. B.; HODNETT, M. G.; HERRERA, R.; LUIZÃO, F. J.; ARNETH, A.; LLOYD, G.; DEZZEO, N.; HILKE, I.; KUHLMANN, I.; RAESSLER, M.; BRAND, W. A.; GEILMANN, H.; MORAES FILHO, J. O.; CARVALHO, F. P.; ARAUJO FILHO, R. N.; CHAVES, J. E.; CRUZ JUNIOR, O. F.; PIMENTEL, T. P.; PAIVA, R. Variations in chemical and physical properties of Amazon forest soils in relation to their genesis. Biogeosciences, v. 7, n. 5, p. 1515-1541, maio 2010. DOI: 10.5194/bg-7-1515-2010.
RODRIGUES, L. S.; BATISTA, K. D.; PEDROZO, C. A. Correlações entre atributos químicos do solo e produção de castanheiras-do-brasil cultivadas em sistema agroflorestal em Roraima. In: SEMANA NACIONAL DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA NO ESTADO DE RORAIMA, 10., 2015, Boa Vista. Resumos... Boa Vista: UERR, 2015. Disponível em: http://www.alice.cnptia.embrapa.br/alice/handle/doc/1036447.
SANCHEZ, L.; MELO, V.; NUNES, T.; PORTALANZA, D.; DURIGON, A.; FARAH, S. Soil chemical indicators and nutrient cycling variations across sequential years of rice cultivation: a case study of floodplain conditions of the Amazon, Brazil. African Journal of Agricultural Research, v. 14, n. 32, p. 1499-1508, ago. 2019. DOI: 10.5897/AJAR2019.14215.
SCHÖNGART, J.; WITTMANN, F.; WORBES, M.; PIEDADE, M. T. F. Age and growth patterns of Brazil nut trees (Bertholletia excelsa Bonpl.) in Amazonia, Brazil. Biotropica, v. 47, n. 5, p. 550-558, set. 2015. DOI: 10.1111/btp.12243.
SCHROTH, G.; MOTA, M. S. S.; ASSIS ELIAS, M. E. Growth and nutrient accumulation of Brazil nut trees (Bertholletia excelsa) in agroforestry at different fertilizer levels. Journal of Forest Research, v. 26, n. 2, p. 347-353, jun. 2015. DOI: 10.1007/s11676-015-0037-9.
SCOLES, R.; GRIBEL, R. Growth and survival over ten years of Brazil nut trees (Bertholletia excelsa) in Amazonian forest. Acta Amazonica, v. 51, n. 4, p. 313-321, out./dez. 2021. DOI: 10.1590/1809-4392202001462.
SILVA JUNIOR, E. C.; WADT, L. H. O.; SILVA, K. E.; LIMA, R. M. B.; BATISTA, K. D.; GUEDES, M. C. et al. Natural variation of selenium in Brazil nuts and soils from the Amazon region. Chemosphere, v. 188, p. 650-658, dez. 2017. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.08.158.
SILVA, C. S. et al. Spatial dependency and correlation of properties of soil cultivated with oil palm, Elaeis guineensis, in agroforestry systems in the eastern Brazilian Amazon. Acta Amazonica, v. 48, n. 4, p. 280-289, out./dez. 2018. DOI: 10.1590/1809-4392201704423.
SILVA, C. S. Associação da produção de frutos de Bertholletia excelsa com os atributos do solo em dois castanhais nativos na Amazônia Ocidental. 2022. 77 f. Tese (Doutorado em Ciências Ambientais e Florestais) – Instituto de Florestas, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Seropédica, 2022. Disponível em: https://rima.ufrrj.br/jspui/handle/20.500.14407/9417.
SILVA, C. S.; SILVA, L. M.; WADT, L. H. O.; MIQUELONI, D. P.; SILVA, K. E.; PEREIRA, M. G. Soil classes and properties explain the occurrence and fruit production of Brazil nut. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 45, e0210001, 2021. DOI: 10.36783/18069657rbcs20210001.
SILVA, D. A. Caracterização temporal da temperatura do ar e sua relação com os elementos climáticos e eventos ENOS na cidade de Boa Vista – Roraima. 2018. 92 f. Dissertação (Mestrado em Geografia) – Universidade Federal de Roraima, Boa Vista, 2018. Disponível em: http://repositorio.ufrr.br:8080/jspui/handle/prefix/196.
SILVA, D. M. S.; OLIVEIRA, S. S.; RIBEIRO, R. A. R.; COSTA, J. L. P.; REIS, J. S.; SALDANHA, E. C. M. Variabilidade espacial de alguns atributos químicos em áreas cultivadas com soja e arroz no estado de Roraima: contribuições da agricultura de precisão. Revista Agroecossistemas, v. 5, n. 2, p. 1-12, 2013.
SINGH, A. K.; SINGH, J. S. Plant community regulates soil multifunctionality in a tropical dry forest. Ecological Indicators, v. 95, n. Part 1, p. 953-963, dez. 2018. DOI: 10.1016/j.ecolind.2018.08.030.
STAUDHAMMER, C. L.; WADT, L. H. O.; KAINER, K. A. et al. Comparative models disentangle drivers of fruit production variability of an economically and ecologically important long-lived Amazonian tree. Scientific Reports, v. 11, 2563, jan. 2021. DOI: 10.1038/s41598-021-81948-4.
STONE, L. F.; CARVALHO, M. T. M.; SILVA, M. A. S.; CALIL, F. N.; SIQUEIRA, M. M. B.; MOURA, T. M. et al. Intrinsic soil properties shape water availability under changing land-use in contrasting soil textures. Soil Advances, v. 2, 100082, jun. 2025. DOI: 10.1016/j.soilad.2025.100082.
SULLIVAN, M. J.; TALBOT, J.; LEWIS, S. L.; PHILLIPS, O. L.; QIE, L.; BEGNE, S. K. et al. Diversity and carbon storage across the tropical forest biome. Scientific Reports, v. 7, n. 1, 39102, jan. 2017. DOI: 10.1038/srep39102.
TEIXEIRA, P. C.; DONAGEMMA, G. K.; FONTANA, A.; TEIXEIRA, W. G. (org.). Manual de métodos de análise de solo. 3. ed. Brasília, DF: Embrapa, 2017.
TER STEEGE, H.; PITMAN, N. C. A.; SABATIER, D. et al. Hyperdominance in the Amazonian tree flora. Science, v. 342, n. 6156, 1243092, out. 2013. DOI: 10.1126/science.1243092.
TERRA, M. C. N. S.; SANTOS, R. M.; PRADO JÚNIOR, J. A. et al. Water availability drives gradients of tree diversity and structure. Journal of Plant Ecology, v. 11, n. 6, p. 803-814, nov. 2018. DOI: 10.1093/jpe/rty017.
THOMAS, E.; JANSEN, M.; CHIRIBOGA-ARROYO, F.; WADT, L. H. O.; CORVERA-GOMRINGER, R.; ATKINSON, R. J.; VELASQUEZ-RAMIREZ, M. G.; LADD, B. Habitat quality differentiation and consequences for ecosystem service provision of an Amazonian hyperdominant tree species. Frontiers in Plant Science, v. 12, 621064, mar. 2021. DOI: 10.3389/fpls.2021.621064.
TURCIOS, M. M.; JARAMILLO, M. M.; VALE JÚNIOR, J. F.; FEARNSIDE, P. M.; BARBOSA, R. I. Soil charcoal as long-term pyrogenic carbon storage in Amazonian seasonal forests. Global Change Biology, v. 22, n. 1, p. 190-197, jan. 2016. DOI: 10.1111/gcb.13049.
VALE JUNIOR, J. F.; SCHAEFER, C. E. G. R. (ed.). Solos sob savanas de Roraima: gênese, classificação e relações ambientais. Boa Vista: Gráfica Ioris, 2010. 219 p.
VEPRASKAS, M. J.; LINDBO, D. L.; LIN, H. Redoximorphic features as related to soil hydrology and hydric soils. In: LIN, H. (ed.). Hydropedology: synergistic integration of soil science and hydrology. Amsterdam: Elsevier, 2012. p. 143-172.
VIEIRA, F. S.; ALVES, A. O.; DARDENGO, J. F. E.; ALVES, A. B. C.; ZORTÉA, K. É. M.; BRAGA, L. N.; SILVA, C. J.; LOPES, C. R. A. S.; ROSSI, A. A. B. Population structure and spatial distribution of Bertholletia excelsa Bonpl. in Juruena National Park, Southern Amazon. Revista Ibero-Americana de Ciências Ambientais, v. 12, n. 8, p. 75-81, 2021. DOI: 10.6008/CBPC2179-6858.2021.008.0007.
VILLELA, D. M.; PROCTOR, J. Litterfall mass, chemistry, and nutrient retranslocation in a monodominant forest on Maracá Island, Roraima, Brazil. Biotropica, v. 31, n. 2, p. 198-211, jun. 1999. DOI: 10.1111/j.1744-7429.1999.tb00132.x.
VINHOTE, M. L. A. Conservação, manejo e segurança da castanha-do-brasil (Bertholletia excelsa): um segmento para o desenvolvimento sustentável da Amazônia. 2023. Tese (Doutorado em Ciências do Ambiente e Sustentabilidade na Amazônia) – Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2023. Disponível em: https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/11153.
WARRICK, A. W.; NIELSEN, D. R. Spatial variability of soil physical properties in the field. In: HILLEL, D. (ed.). Applications of soil physics. New York: Academic Press, 1980. p. 319-344.
WEBSTER, R.; OLIVER, M. A. Geostatistics for environmental scientists. 3. ed. Chichester: Wiley, 2007.