Influência das plantações tropicais de eucaliptos sobre ... · eucaliptos sobre os ciclos do...

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, AV Krushe, MC Piccolo, MZ Moreira, L Mareschal,

H da Rocha, LEG Barrichelo, J-P Bouillet,

+ numerosos alunos de pós-graduação

São Paulo, 14 de outubro de 2010 - Bunge Fundação - CIRAD-USP-CRDPI

EucFlux

http://www.ipef.br/eucflux

C.R.D.P.IC.R.D.P.I NC STATE UNIVERSITY

http://www.ipef.br/eucflux

Por quê estudar plantações de eucaliptos?


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


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?


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



Baixa produtividade no Congo

15-20 m3 ha-1 ano-1

Manejo

florestal


Alta produtividade no Brasil

40-50 m3 ha-1 ano-1

Produção de

biomassa

Aguas superficiais e lençol freático

ATMOSFÉRA (CO2 e H2O)


Recursos

naturais

Água

Nutrientes

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



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 carbono Sequestro de carbono

Principais fluxos (fotossíntesis,

respiração, alocação de C)

Produção de biomassa,… Ciclos dos nutrientes Fluxos no ecossistema,

Balanços para a rotação,...



Monitoramento

Intensivo 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 H2O

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-H2O-N no

ecossistema© le Maire




Projeto EucFlux, Duratex, Itatinga, SP

02/08 09/09 11/09

Colheita Plantio


© Floragro

Até o final da rotação

Trocas de carbono entre atmosféra e floresta

quantificadas por « Eddy-covariance »


Incident Shortwave e

long-wave IR radiation

Reflected Shortwave radiation and

outgoing longwave IR radiation

Net radiation

LI7500

[CO2], [H20], 20hz

3D Sonic anemometer

U, V, W, T (20Hz)

Rainfall

Diffuse PAR, Direct

PAR,

Total PAR

Wind speed, Tair, Air

relative humidity


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 81000V

Dados brutos processados com EdiRe

Young 81000VLi7500


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 (

mol

m-2

s-1

)

Months since February 2008

Inverno

O desafio: quantificar os componentes do C emitido

Respiração

Fotossíntesis


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



Variabilidade dos fluxos de C

na escala do talhão

Torre


GPP (g C m-2 yr-1)

2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

TB

CF

(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

Wo

od

NP

P (

g C

m-2

yr-

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

/ G

PP

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

9

2 1

11

4 3

10

12 5 8

7 6

R2 = 0.84

p < 0.0001

R2 = 0.57p = 0.005

R2 = 0.002

p = 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)


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 (

µm

ol m

-2 s

-1)

CH1

CH2

CH3

CH4

Moyenne de Exp_Flux

Data

Label

Chuva



Medições automáticas da

Respiração do solo

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 (

µm

ol m

-2 s

-1)

CH1

CH2

CH3

CH4

Moyenne de Exp_Flux

Data

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





Copa das árvores vista de 10 m de profundidade



0 100 200 300 400 500 600 7000.05

0.1

0.15

0.2

0.25

2008 2009

Days since January 2008

v (m

3 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


v (m

3 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


v (m

3 m

-3)

5.0 m

6.0 m

7.0 m

0 100 200 300 400 500 600 7000.05

0.1

0.15

0.2

0.25


v (m

3 m

-3)

8.0 m

9.0 m

10.0 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

Tco

rr (

mm

d-1

)

2008 2009

0 100 200 300 400 500 600 7000

20

40

60

80


Ra

infa

ll (m

m d

-1)

0 100 200 300 400 500 600 7001000

1100

1200

1300

1400


SW

C 0

-10

m (

mm

)



ETR medida por

eddy-covarianceE

TR

co

rr. (m

m d

-1)

Ch

uva

s (

mm

)C

AS

0-1

0 m

(m

m)

Dias desde o 01/01/2008



Pluviometria

Conteudo de Água no Solo

0 100 200 300 400 500 600 7000

500

1000

1500

2000


Cum

ula

ted r

ain

fall

or

AE

T (

mm

)

2035 mm

1877 mm

Feb 15, 2008

Aug 31, 2009

0 100 200 300 400 500 600 7000

500

1000

1500

2000 1798 mm

1665 mm


Cum

ula

ted A

ET

(m

m)

Apr 1, 2008

Aug 31, 2009

AET-SWB

AET-EC

Rainfall

AET

ET

R a

cum

ula

da (

mm

)

Dias desde 01/01/2008


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)


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 solo

Eddy-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


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


E. grandis E. urograndis E. híbrido

natural

Nivel do lençol freático

-2000

-1900

-1800

-1700

-1600

-1500

-1400

-1300

1/10 1/11 1/12 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8

Date

De

pth

of

the

wa

ter

tab

le (

cm

)

Piezometer 1

Piezometer 2

Piezometer 3

Piezometro instalado até 20 m de profundidade

+ 4 m

© Floragro

Corte raso

Subida de 4 m do lençol

freático após colheita



Exploração do solo pelas raizes finas (diâm. < 1 mm)

20% Argila 40% Argila

Idade : 6 anos

27.5

52.5

77.5

102.5

127.5

152.5

177.5

202.5

227.5

252.5

277.5

302.5

327.5

352.5

377.5

402.5

427.5

452.5

477.5

502.5

527.5

552.5

577.5

8.5-9

8-8.5

7.5-8

7-7.5

6.5-7

6-6.5

5.5-6

5-5.5

4.5-5

4-4.5

3.5-4

3-3.5

2.5-3

2-2.5

1.5-2

1-1.5

0.5-1

0-0.5

8.5-9

8-8.5

7.5-8

7-7.5

6.5-7

6-6.5

5.5-6

5-5.5

4.5-5

4-4.5

3.5-4

3-3.5

2.5-3

2-2.5

1.5-2

1-1.5

0.5-1

0-0.5

0

100

200

300

400

500

600

Idade : 1 ano Idade : 2 anos

3

28

53

78

103

128

153

178

203

228

253

278

303

328

353

378

403

428

453

478

503

528

553

578

603

628

653

678

703

728

753

778

803

828

853

878

903

928

953

978

8.5-9

8-8.5

7.5-8

7-7.5

6.5-7

6-6.5

5.5-6

5-5.5

4.5-5

4-4.5

3.5-4

3-3.5

2.5-3

2-2.5

1.5-2

1-1.5

0.5-1

0-0.5

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


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

Inp

ut-

ou

tpu

t b

ud

gets

(kg

ha

-1 r

ota

tio

n-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



Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4

Método de colheita

En

trad

as –

said

as (

kg

ha

-1ro

tação

-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

20

15

14

7

99

81

76

51

406

306

299

276

220

199

197

184

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.



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 < deposições

atmosféricas.

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)

3-4

YA

H2

-3 Y

AH

1-2

YA

H0

-1 Y

AH

6-9

YA

P

I 3-4

I 2-3

I 1-2

I 0-1

I 5-6

CONGO ITATINGA

Lixiviação de nutrientes e parcelamento da adubação


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


Laclau et al., 2010

0-1 AP

6-9 AP

1-2 AP

2-3 AP

3-4 AP

-80

-60

-40

-20

020

40

60

80

Atm

dep

osi

tion

Th+

Sf

Fore

st F

loor

De

pth

15 c

m

De

pth

50 c

m

De

pth

100 c

m

De

pth

200 c

m

De

pth

300 c

m

De

pth

400 c

m

De

pth

600 c

m

Flu

xe

s o

f N

-NO

3- (

kg

ha

-1 y

ea

r-1)

3-4 YAH 2-3 YAH 1-2 YAH 0-1 YAH 6-9 YAP

I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6

-80

-60

-40

-20

020

40

60

80

Atm

dep

osi

tion

Th+

Sf

Fore

st F

loor

De

pth

15 c

m

De

pth

50 c

m

De

pth

100 c

m

De

pth

200 c

m

De

pth

300 c

m

De

pth

400 c

m

De

pth

600 c

m

Flu

xe

s o

f N

-NO

3- (

kg

ha

-1 y

ea

r-1)


I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6

-80

-60

-40

-20

020

40

60

80

Atm

dep

osi

tion

Th+

Sf

Fore

st F

loor

De

pth

15 c

m

De

pth

50 c

m

De

pth

100 c

m

De

pth

200 c

m

De

pth

300 c

m

De

pth

400 c

m

De

pth

600 c

m

Flu

xe

s o

f N

-NO

3- (

kg

ha

-1 y

ea

r-1)


I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6

-80

-60

-40

-20

020

40

60

80

Atm

dep

osi

tion

Th+

Sf

Fore

st F

loor

De

pth

15 c

m

De

pth

50 c

m

De

pth

100 c

m

De

pth

200 c

m

De

pth

300 c

m

De

pth

400 c

m

De

pth

600 c

m

Flu

xe

s o

f N

-NO

3- (

kg

ha

-1 y

ea

r-1)


I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6

-80

-60

-40

-20

020

40

60

80

Atm

dep

osi

tion

Th+

Sf

Fore

st F

loor

De

pth

15 c

m

De

pth

50 c

m

De

pth

100 c

m

De

pth

200 c

m

De

pth

300 c

m

De

pth

400 c

m

De

pth

600 c

m

Flu

xe

s o

f N

-NO

3- (

kg

ha

-1 y

ea

r-1)


I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2 3 4 5 6

Stand age (years)

Ste

mw

oo

d d

ry m

att

er

(Mg

ha

-1)

-K-Na

+K

+Na

Madeira d

o t

ronco (

Mg M

S h

a-1

)

Idade do povoamento (anos)



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

Sensoriamento

remoto

Inventario florestal

Mapas de solo

Meteorologia

Parameterização do

modelo para cada

talhão

Simulações na

escala regional

Mudança de escala



“Simples” mas com uma

descrição dos principais

processos biofísicos entre

as plantas e o solo.

O modelo G’Day



Doutorado: C. Marsden

Parameterização sobre uma rotação completa em Itatinga (E.E. Esalq)

representativa da silvicultura nas empresas



04 05 06 07 08 09 100

5

10

15

20

25

30

35

Ye

arly c

um

ula

tive

flu

x (

tC h

a-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

Wate

r (m

m)

Soil Water 0-5m

04 05 06 07 08 09 100

10

20

30

40

50

Ano

tC h

a-1

Carbon in biomass compartments

04 05 06 07 08 09 100

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

tC h

a-1

yr-1

Ano

Deposição de serapilheira

simulated leaf fall

measured leaf fall

simulated branch fall

meaured branch fall

simulated bark fall

measured bark fall

simulated Stem C

measured Stem C

simulated leaf C

measured leaf C

simulated plant C

measured plant C

measured PAW500

simulated PAW500

simulated NPP

measured NPP

Produtividade primaria líquida acumulada Agua no solo 0–5 m

Carbono nos compartimentos das árvores



Integração no modelo G’Day

Validação com medições

destructivas

LA

I e

stim

ad

o in

ve

rsa

nd

o a

s im

ag

en

s M

OD

IS

Biomassa do tronco (t C ha-1)



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Sim = 0.86*Med+ 6.79

r2

=0.91; p<0.001; RMSE=3.99 tC ha-1

Medido (t C ha-1)

Sim

ula

do

(t

C h

a-1

)G’Day com LAI forçado pelo

sensoriamento remoto


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)


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!


Muito obrigado pela atenção


Influência das plantações tropicais de eucaliptos sobre ... · eucaliptos sobre os ciclos do...

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