influência das plantações tropicais de eucaliptos sobre os ... · influência das plantações...
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Influência das plantações tropicais de eucaliptos sobre os ciclos do carbono, da
água e dos nutrientes: avanços recentes no Brasil e no Congo
J-P Laclau, Y Nouvellon, JLM Gonçalves, JL Stape, J Ranger,G le Maire, OC Campoe, C Marsden, AV Krushe, MC Piccolo, MZ Moreira, L Mareschal, H da Rocha, LEG Barrichelo, J-P Bouillet
São Paulo, 14 de outubro de 2010 - Bunge Fundação - CIRAD-USP-CRDPI
EucFluxhttp://www.ipef.br/eucflux
C.R.D.P.IC.R.D.P.I NC STATE UNIVERSITY
Por quê estudar plantações de eucaliptos?
São Paulo, 14 de outubro de 2010 - Bunge Fundação - CIRAD-USP-CRDPI
Alta relevancia socio-econômica e ambiental:
Precisamos de alternativas para reduzir a pressão sobre as florestas nativas.
> 20 milhões de hectares no mundo;
Incremento forte no Brasil: 4,5 milhões de ha em 2009;
Uma mesma silvicultura para um uso multiplo da madeira: - Industrial: celulose, carvão, paneis,…
- Pequenos produtores: lenha, construção,…
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
São Paulo, 14 de outubro de 2010 - Bunge Fundação - CIRAD-USP-CRDPI
O principal papel do CIRAD: contribuir a melhorar a agricultura das regiões tropicais.
3 pesquisadores na USP (desde 2002);
Um projeto do IPEF aprovado na Agência Brasileira de Cooperação sobre este téma;
Excelentes infrastruturas na USP para pesquisa;
Um objetivo comum de todos os parcerios: melhorar a silvicultura a partir da comprehensão do funcionamento das árvores: no Brasil mas também em regiões mais pobres;
Por quê comparar o funcionamento das plantações no Brasil e na Africa?
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Produção das plantações de Eucalyptus
1 ano
2 anos
6 anos
3 anos
Crescimento muito rapido!
Possibilidade de manipulação do ecossistema.
> 25 m
© C. Marsden© C. Marsden
© C. Marsden
© C. Marsden
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Baixa produtividade no Congo15-20 m3 ha-1 ano-1
Manejoflorestal
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Alta produtividade no Brasil40-50 m3 ha-1 ano-1
Produção de biomassa
Aguas superficiais e lençol freático
ATMOSFÉRA (CO2 e H2 O)
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Recursosnaturais
ÁguaNutrientes
Area de proteção permanente+
Reserva legal: 20%
Biodiversidade é um aspecto importante que deve ser considerado na escala da paisagem, mas não foi estudado
por nossa equipe
© J.L. Stape
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Uma abordagem biofísica da sustentabilidade do manejo florestal
© Y. Nouvellon
Ciclo da águaEvapotranspiração, eficiência de uso da água, influência sobre o lençol freático,..
Ciclo do carbonoSequestro de carbonoPrincipais fluxos (fotossíntesis,
respiração, alocação de C)Produção de biomassa,… Ciclos dos nutrientes
Fluxos no ecossistema,Balanços para a rotação,...
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
MonitoramentoIntensivo nos
sistemas escolhidos
Conjunto de abordagens experimentais, modelagem e sensoriamento remoto
© Y. Nouvellon
Monitoramento intensivo em plantações comerciais
(Congo & Brasil)
Medições leves numa rede de talhões
comerciais
Eddy covariance: Medições continuas dos fluxos de CO2 e H2 O
Monitoramento biogeoquímico: fluxos de água e nutrientes nas plantas e no solo
Fluxos na escala das árvores (fotossíntesis, fluxo de seiva,…)
generalização Processos
© Laclau
© Nouvellon
Sensoriamento remoto e modelagem para
generalizar os resultados experimentais
Imagens satelites de resolução media, alta e muito alta
G’DAY modelo C-H2 O-N no ecossistema
© le Maire
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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Projeto EucFlux, Duratex, Itatinga, SP
02/08 09/09 11/09
Colheita Plantio
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
© Floragro
Até o final da rotação
Trocas de carbono entre atmosféra e floresta quantificadas por « Eddy-covariance »
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Incident Shortwave e long-wave IR radiation
Reflected Shortwave radiation and outgoing longwave IR radiation
Net radiation
LI7500[CO2], [H20], 20hz
3D Sonic anemometerU, V, W, T (20Hz)
Rainfall
Diffuse PAR, Direct PAR,
Total PARWind speed, Tair, Air
relative humidity
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Itatinga, SP
Fev 2008 até Ag 2009 (5 a 6 anos)
Abr 2004 até Abr 2006 (2 a 4 anos)
Hinda, CongoKissoko, Congo
Jan 2001 até Jan 2002 (2 a 4 anos)
Nos 3 povoamentos Evapotranspiração real (ETR), fluxos de calor sensiveis (H), e fluxos de CO2 foram estimados por “eddy- covariance”
Em Itatinga, ETR foi também estimado por balanço no solo
Eddy fluxos: Li-7500; 3D sonic anemometers Young 81000VDados brutos processados com EdiRe
Young 81000VLi7500
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
Sem
i-hou
rly F
c (μ
mol
m-2 s
-1)
Months since February 2008
Inverno
O desafio: quantificar os componentes do C emitidoRespiração
Fotossíntesis
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Outros estudos no Brasil:Amazonia + eucalipto-cerrado-cana
750m
725m
725m
1 23 4
65
78
9
1110
12
‐ Biomassa destrutiva (n=55)
‐ Decomposição de tocos (n=20)
‐ Respiração de solo (a cada 15 dias)
‐ Queda de serapilheira (15 dias)
‐ Serapilheira depositada (anual)
Balanço de Carbono em 12 parcelas
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Variabilidade dos fluxos de C na escala do talhão
Torre
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GPP (g C m-2 yr-1)
2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
TBC
F (g
C m
-2 y
r-1)
0.0
0.5
1.0
1.5
9 2 1
11
4 3
10 12
5 8 7 6
Woo
d N
PP (g
C m
-2 y
r-1)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
9 2 1
11
4 3
10 12 5 8 7 6
WN
PP /
GPP
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
9 2
1
11
4 3
10 12 5 8
7 6
R2 = 0.84p < 0.0001
R2 = 0.57p = 0.005
R2 = 0.002p = 0.87
A
B
C
Otávio C. Campoe et al. 2010
A produção de madeira (WNPP ) aumenta com a fixação bruta de C (GPP) devido a:
(A) um aumento de carbohidratos produzidos(GPP);
(B) um aumento da partição para a produção de maderia (WNPP).
(C) A alocação de C no solo (TBCF) não muda com a fixação bruta de C (GPP)
Projeto EUCFLUX, Itatinga (SP)
Consistente com outros resultados no Brasil (rede BEPP)
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
0
1
2
3
4
5
6
25/06/10 30/06/10 06/07/10 11/07/10 16/07/10 21/07/10 26/07/10 01/08/10
Fc (µ
mol
m-2
s-1
)
Chuva
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Medições automáticas da Respiração do solo
CH1CH2CH3CH4
Label
Chuva
Uso de água = evapotranspiração real
Florestas nativas: alta ETR é bom! Eucaliptos: alta ETR é mal! ?
Opinião pública
Para plantações de Eucalyptus, altas ETR significam:
POSITIVO:
Perdas de nutrientes baixas
Úmidade da atmosféra
NEGATIVO:
Se ETR > chuvas: vazão dos rios
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Copa das árvores vista de 10 m de profundidade
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
0 100 200 300 400 500 600 7000.05
0.1
0.15
0.2
0.252008 2009
Days since January 2008
θ v (m3 m
-3)
0.15 m
0.5 m
1.0 m
0 100 200 300 400 500 600 7000.05
0.1
0.15
0.2
0.252008 2009
Days since January 2008
θ v (m3 m
-3)
2.0 m
3.0 m
4.0 m
0 100 200 300 400 500 600 7000.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Days since January 2008
θ v (m3 m
-3)
5.0 m6.0 m7.0 m
0 100 200 300 400 500 600 7000.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Days since January 2008
θ v (m3 m
-3)
8.0 m9.0 m10.0 m
Não teve drenagem a prof. > 5 m
0 100 200 300 400 500 600 7000
2
4
6
8
Days since January, 1, 2008
AE
Tcor
r (m
m d
-1) 2008 2009
0 100 200 300 400 500 600 7000
20
40
60
80
Days since January, 1, 2008
Rai
nfal
l (m
m d
-1)
0 100 200 300 400 500 600 7001000
1100
1200
1300
1400
Days since January, 1, 2008
SW
C 0
-10m
(mm
)
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
ETR medida por eddy-covariance
ETR
cor
r. (m
m d
-1)
Chu
vas
(mm
)C
AS
0-10
m (m
m)
Dias desde o 01/01/2008
Dias desde o 01/01/2008
Dias desde o 01/01/2008
Pluviometria
Conteudo de Água no Solo
0 100 200 300 400 500 600 7000
500
1000
1500
2000 1798 mm
1665 mm
Days since January, 1, 2008
Cum
ulat
ed A
ET (m
m)
Apr 1, 2008
Aug 31, 2009
AET-SWB
AET-EC
ETR
acu
mul
ada
(mm
)
Dias desde 01/01/2008
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Boa correspondência entre ETR estimada pelo método de eddy- covariance e ETR estimado pelo balanço de água no solo até 10 m de profundidade (corrigindo pelo balanço radiativo)
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Comparação entre ETR acumulada avaliada por eddy-covariance e por balanço de água no solo
Absorção baixa de água além de 10 m de profundidade ou no lençol freático.
Balanço de água no soloEddy-covariance
Itatinga Kissoko Hinda
Radiações globais (MJ m-2 ano-1) 6342 4494 4220
Radiações líquidas (MJ m-2 ano-1) 3834 2754 2724
Pluviometria anual (mm ano-1) 1360 1125 1200
ETR (mm ano-1) 1360 747 648
Drenagem profunda (mm ano-1) 0 378 552
LAI (m2 m-2) 3,2 2,4 1,4
Produção de madeira do tronco(t MS ha-1 ano-1) 18,5 16,6 11,4
EUA para produção de madeira do tronco (g MS kg-1 H20) 1,4 2,2 1,8
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1
1 Fortes variações de ETR em função da distribuição das chuvas, solo, adubação, material vegetal,…
2
2 Entretanto, achamos fortes variações de EUA => perspectivas: produção de madeira e ETR
CONGOBRASIL
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
E. grandis E. urograndis E. híbridonatural
Nivel do lençol freático
-2000
-1900
-1800
-1700
-1600
-1500
-1400
-13001/10 1/11 1/12 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8
Date
Dep
th o
f the
wat
er ta
ble
(cm
)
Piezometer 1
Piezometer 2
Piezometer 3
Piezometro instalado até 20 m de profundidade
+ 4 m
© FloragroCorte raso
Subida de 4 m do lençol freático após colheita
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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Exploração do solo pelas raizes finas (diâm. < 1 mm)
20% Argila 40% Argila
Idade : 6 anos
0
100
200
300
400
500
600
Idade : 1 ano Idade : 2 anos
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Idade : 3.5 anosEucalyptus: um filtro eficiente!
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
0
100
200
300
400
500
600
Profundidade máxima das raizes= 85% da altura das arvores
6 – 9
4 – 6
2 – 4
1 – 2
0.5 – 1
0 – 0.5
# roots / 25 cm2
6 – 9
4 – 6
2 – 4
1 – 2
0.5 – 1
0 – 0.5
# roots / 25 cm2# raizes / 25 cm2
Balanços de nutrientes e fertilidade do solo
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4
Harvesting method
Inpu
t-out
put b
udge
ts (k
g ha
-1 r
otat
ion-1
)
N
P
K
Ca
Mg
No Congo
Cenários de colheita:
Cenario 1: Tronco sem caca.
Cenario 2: Tronco sem caca + galhos.
Cenario 3: Tronco com casca.
Cenario 4: Arvore enteira.
Mais conservativo
Tronco sem casca colhido Arvore enteira colhida
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Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4
Método de colheita
Entr
adas
–sa
idas
(kg
ha-1
rota
ção-1
)
Balanços (kg ha-1) N P K Ca Mg
ITATINGA
- Tronco sem casca colhido- Tronco com casca colhido- Tronco + galhos grossos colhidos- Arvore enteira colhida
24-11-21
-124
2015147
99817651
406306299276
220199197184
Em Itatinga, as adubações conduzem a um aumento dos estoques de nutrientes no solo.excepto para nitrogênio se a casca e os galhos são exportados dos talhões.
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Balanços de nutrientes e fertilidade do solo
Possibilidade de reduzir a adubação?
Em solos arenosos (90% de areia no Congo e 75% em Itatinga) as perdas a 3 m de profundidade são < deposiçõesatmosféricas.
Qual é o parcelamento da adubação a aplicar nas empresas?
-50 -30 -10 10 30 50
Total deposition
Th+Sf
Forest Floor
Depth 15 cm
Depth 50 cm
Depth 100 cm
Depth 200 cm
Depth 300 cm
Depth 400 cm
Depth 600 cm
Fluxes of K+ (kg ha-1 year-1)
CONGO ITATINGA
Lixiviação de nutrientes e parcelamento da adubação
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Fluxos de K+ (kg ha-1 ano-1)
Deposição total
CsD + Et
Abaixo Serap.
Prof. 15 cm
Prof. 50 cm
Prof. 100 cm
Prof. 200 cm
Prof. 300 cm
Prof. 400 cm
Prof. 600 cm
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Laclau et al., 2010
0-1 AP
6-9 AP
1-2 AP2-3 AP
3-4 AP3
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6Stand age (years)
Stem
woo
d dr
y m
atte
r (M
g ha
-1)
-K-Na
+K
+Na
Mad
eira
do
tronc
o(M
g M
S h
a-1 )
Idade do povoamento (anos)
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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Na idade de 6 anos:• Biomassa de madeira x 1,5 com aplicação de NaCl;• Biomassa de madeira x 2,2 com aplicação de KCl.
Substituição do K+ pelo Na+
Almeida et al., 2010
Primeira vez que uma resposta positiva ao aporte de NaCl foi demostrada em floresta;
Custo do NaCl < 20% do custo do KCl;
Uma adubação misturando KCl e NaCl poderia ser promissora para as empresas;
Pesquisas necessarias para entender os processos envolvidos.
Modelagem espacial dos balanços de C, água e nutrientes
Modelo ecofsiológico na escala do talhão
Simulações dos balanços de C, água e nutrientes na escala do talhão
Sensoriamentoremoto
Inventario florestal
Mapas de solo
Meteorologia
Parameterização do modelo para cada
talhão
Simulações na escala regional
Mudança de escala
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
“Simples” mas com uma descrição dos principais processos biofísicos entre as plantas e o solo.
O modelo G’Day
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Doutorado: C. Marsden
Parameterização sobre uma rotação completa em Itatinga (E.E. Esalq) representativa da silvicultura nas empresas
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
04 05 06 07 08 09 100
5
10
15
20
25
30
35
Yea
rlycu
mul
ativ
e flu
x (tC
ha-1
yr-1
)
Cumulative net primary production
03 04 05 06 07 08 09 100
100
200
300
400
500
600
Pla
nt A
vaila
ble
Wat
er (m
m) Soil Water 0-5m
04 05 06 07 08 09 100
10
20
30
40
50
Ano
tCha
-1
Carbon in biomass compartments
04 05 06 07 08 09 100
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
tCha
-1yr
-1
Ano
Deposição de serapilheirasimulated leaf fallmeasured leaf fallsimulated branch fallmeaured branch fallsimulated bark fallmeasured bark fall
simulated Stem Cmeasured Stem Csimulated leaf Cmeasured leaf Csimulated plant Cmeasured plant C
measured PAW500simulated PAW500
simulated NPPmeasured NPP
Produtividade primaria líquida acumulada Agua no solo 0–5 m
Carbono nos compartimentos das árvores
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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Integração no modelo G’Day
Validação com medições destructivas
LAI e
stim
ado
inve
rsan
doas
imag
ens
MO
DIS
Biomassa do tronco (t C ha-1)
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 900
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Sim = 0.86*Med+ 6.79
r 2 =0.91; p<0.001; RMSE=3.99 tC ha-1
Medido (t C ha-1)
Sim
ulad
o(t
C h
a-1)
G’Day com LAI forçado pelo sensoriamento remoto
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Pesquisas prioritárias ao curto prazo:
Estudar os efeitos das interações entre os ciclos de C, água e nutrientes sobre o funcionamento das árvores;
Experimento cruzando redução de chuva com disponibilidade de nutriente(E.E. da Esalq em Itatinga)
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Pesquisas prioritárias ao curto prazo:
A intensificação ecológica da produção;
Experimentos com plantações consorciadas de eucaliptos e acacias(E.E. da Esalq em Itatinga + empresas florestais)
Desde 2008:
Recursos: - Obtidos: Empresas do IPEF (10), ANR - CIRAD (França), + apoio técnico da USP;
- Submetidos: Temático FAPESP, Agreenium (França);
Doutorados no Brasil: FAPESP (2), CNPq (1), CAPES (1), CIRAD-INRA (2);
Publicações: > 20 artigos em revistas internacionais;
A lista está disponivel sob demanda!
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Muito obrigado pela atenção
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