Effects of protected areas on soil functional biodiversity in the north of Portugal

Abstract

Soils hold the larger part of the biomass on Earth, being one of the largest reservoirs of biological diversity, and providing a variety of ecosystem services crucial for the integrity of above-ground biodiversity and human well-being. However, nature conservation policy is only concerned with aboveground terrestrial species and soil biodiversity has been largely ignored, resulting in a lack of information about the conservation status of most soil organisms and about the effects that nature conservation policies have on soil systems. Forests in Northern Portugal are characterized by a remarkable diversity of ecosystems, both natural and semi-natural, as well as anthropogenic, and provide habitat for an enormous diversity of living organisms, including some of the rarest and most valuable elements of regional and national biological diversity. This study aims to investigate whether and to what extent protected areas increase soil biodiversity and function in forest ecosystems. Specifically, this aims i) to assess differences in soil biodiversity and function between protected and non-protected areas, across forests dominated by native or exotic species, on a regional scale; and ii) to infer on how protected areas deal with pressures and drivers of soil biodiversity and function. The study area, the North of Portugal, comprises a vast range of edaphoclimatic conditions and environmental pressures, that have been well-characterised by the SoilReCon Project (PTDC/BIA-CBI/2340/2020) through a wide sampling campaign. To ascertain levels of soil biodiversity, quality, and functioning, we employed nematode community analyses, that have been widely used for their bioindicator value. With this study we showed that native forest areas had a more nutrient-enriched soil system and a more complex community structure with a tendency for lower disturbances and, because of that, are better suited to sustain soil biodiversity and functions and should have a greater importance in nature conservation measures. Protected areas tented to positively affect soil biodiversity and function, but this effect was not significant. Among the assessed environmental variables, those that mostly influenced soil functional biodiversity were soil organic carbon, soil apparent density, soil moisture, deciduous forest cover, and pH. It then follows that conservation efforts targeted at the protection of native forests need to better consider effects on soil biodiversity and function, to provide an integrated protection of both aboveground and belowground components.

Os solos detêm a maior parte da biomassa da Terra, sendo um dos maiores reservatórios de biodiversidade e fornecendo uma variedade de serviços cruciais para a biodiversidade acima do solo e bem-estar humano. No entanto, a política de conservação da natureza tem sido vocacionada apenas para a biodiversidade acima do solo, sendo a biodiversidade do solo ignorada, com a resultante falta de informação sobre o estado de conservação da maioria dos organismos do solo e sobre os efeitos que as políticas de conservação da natureza têm nos sistemas solo. As florestas do Norte de Portugal são caracterizadas por uma notável diversidade de ecossistemas, naturais, seminaturais, bem como antropogénicos, e fornecem habitat a uma enorme diversidade de organismos, incluindo alguns dos mais raros e valiosos a nível regional e nacional. Este estudo tem como objetivo investigar se e em que medida as áreas protegidas aumentam a biodiversidade e as funções do solo nos ecossistemas florestais. Especificamente, visa: i) avaliar as diferenças na biodiversidade e funções do solo entre áreas protegidas e não protegidas, em florestas nativas e exóticas; e ii) inferir como as áreas protegidas lidam com as pressões e fatores determinantes da biodiversidade e funções do solo. O Norte de Portugal compreende uma vasta gama de condições edafoclimáticas e pressões ambientais, bem caracterizadas pelo Projeto SoilReCon (PTDC/BIA-CBI/2340/2020) através de uma ampla campanha de amostragem. Para verificar os níveis de biodiversidade, qualidade e funcionamento do solo, usámos análises de comunidades de nemátodes, amplamente utilizados pelo seu valor bioindicador. Concluímos que as florestas nativas apresentavam um sistema solo mais rico em nutrientes e uma estrutura de comunidade mais complexa com tendência a menores distúrbios e, por isso, devendo ter uma maior importância para as medidas de conservação. As áreas protegidas tendiam a efeitos positivos na biodiversidade e funções do solo, mas esse efeito não foi significativo. Dentre as variáveis avaliadas, as que mais influenciaram a biodiversidade funcional do solo foram o carbono orgânico do solo, a sua densidade aparente, humidade e pH, bem como a cobertura florestal caducifólia. Os esforços de conservação direcionados à proteção de florestas nativas precisam considerar melhor os efeitos sobre a biodiversidade e funções do solo, para fornecer uma proteção integrada dos componentes acima e abaixo do solo.