influência das plantações tropicais de eucaliptos sobre os ciclos do carbono, da água e dos...

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, + números 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) sobre este téma;

Um projeto do IPEF aprovado na agência brasileira de cooperação;

Excelentes infrastruturas na USP para pesquisa;

Um objetivo comum com os parcerios na USP: melhorar a silvicultura nas regiões tropicais a partir da comprehensão do funcionamento das árvores

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 Congo15-20 m3 ha-1 ano-1

Manejo florestal


Alta produtividade no Brasil40-50 m3 ha-1 ano-1

Produção de biomassa

Aguas superficiais e lençol freático

CO2 ATMOSFÉRICO


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



Uma abordagem biofísica da sustentabilidade do manejo florestal

© Y. Nouvellon

Ciclo da águaEvapotranspiração, regulação estomática, dinâmica da água no solo, eficiência de uso da água, influencia sobre o lençol freático,..

Ciclo do carbono Sequestro de carbono Principais fluxos (fotossíntesis, respiração, alocação de C) Produção de biomassa,… Ciclos dos nutrientes

Entradas e saidas no solo, Fluxos no ecossistema, Balanços para a rotação,...



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 H2O

Monitoramento biogeoquímico: fluxos de água e nutrientes nas plantas e no solo

Fluxos na escala das árvores (fotossíntesis, fluxo de seiva,…)

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

generalização Processos

© Laclau

© Nouvellon

© 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 anemometerU, V, W, T (20Hz)

Rainfall

Diffuse PAR, Direct PAR,

Total PARWind 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 81000VDados 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-hourly 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 = 0.84p < 0.0001

R2 = 0.57p = 0.005

R2 = 0.002p = 0.87

A

B

C

Otávio C. Campoe et al. 2010

WNPP (produção de madeira) aumenta com a GPP (fixação bruta de C) devido a:

(A) um aumento de carbohidratos produzidos(GPP);

(B) um aumento da partição para WNPP.

(C) O TBCF não muda com GPP no gradiante de produtividade.

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)

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

CH1

CH2

CH3

CH4

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

0.252008 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 m7.0 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 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

Tco

rr (

mm

d-1

) 2008 2009

0 100 200 300 400 500 600 7000

20

40

60

80


Rai

nfal

l (m

m d

-1)

0 100 200 300 400 500 600 7001000

1100

1200

1300

1400


SW

C 0

-10m

(m

m)



ETR medida por eddy-covariance

ET

R c

orr.

(m

m d

-1)

Chu

vas

(mm

)C

AS

0-1

0 m

(m

m)

Dias desde o 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.

0 100 200 300 400 500 600 7000

500

1000

1500

2000


Cum

ulat

ed r

ainf

all o

r A

ET

(m

m)

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

ulat

ed A

ET

(m

m)

Apr 1, 2008

Aug 31, 2009

AET-SWB

AET-EC

Rainfall

AET

ET

R a

cum

ulad

a (m

m)

Dias desde 01/01/2008



PF1 1-41

UG

Para uma mesma fotossíntesis e condições ambientais, a conductancia estomática (e a perda de água por área de folha) é maior para o clone PF1 que o clone UG.

Eficiência de Uso da Agua do UG > EUA do PF1

y = 14.642x + 0.1058

R2 = 0.72

y = 9.0948x + 0.0195

R2 = 0.64

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07A*RH/Ca

Con

du

cta

ncia

(m

ol.

m-2.s

-1)

Medições na escala Medições na escala da folha no Congoda folha no Congo

UGPF1

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 ETR aumenta com a produção de madeira e o sequestro de C

3

3 Entretanto, achamos fortes variações de EUA => perspectivas: produção de madeira e ETR

CONGOBRASIL


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

© FloragroCorte 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

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

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


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

0

100

200

300

400

500

600

Um crescimento simétrico em cima e abaixo do solo durante a rotação

Altura das árvores

Prof. maxima das raizes

Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem PerspectivasA

ltura

med

ia (

m)

Pro

f. d

a fr

onte

rad

icul

ar (

m)

Idade do povoamento (meses)São Paulo, 14 de outubro de 2010 - Bunge Fundação - CIRAD-USP-CRDPI

Profundidade máxima das raizes = 85% da altura das arvores

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

get

s (k

g h

a-1

ro

tati

on

-1)

N

P

K

Ca

Mg

No Congo, os balanços de nitrogênio são fortemente negativose dependem muito do método de colheita

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 –

sai

das

(kg

ha-1

ro

taçã

o-1)

LACLAU

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 nitrogenio 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 < 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


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

4060

80

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

4060

80


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

-80

-60

-40

-20

020

4060

80


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

-80

-60

-40

-20

020

4060

80


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

-80

-60

-40

-20

020

4060

80


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

atte

r (M

g h

a-1

)

-K-Na

+K

+Na

Mad

eira

do

tron

co (

Mg

MS

ha-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

Sensoriamentoremoto

Inventario florestal

Mapas de solo

Meteorologia

Parameterização do modelo para cada

talhão

Simulações na escala regional

Modelo ecofsiológico na escala do talhão

Simulações dos balanços de C, água e nutrientes na escala do talhão

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

Yea

rly c

umul

ativ

e flu

x (t

C 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

Wat

er (

mm

) 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 serapilheirasimulated leaf fall

measured leaf fall

simulated branch fallmeaured branch fall

simulated bark fall

measured bark fall

simulated Stem Cmeasured Stem C

simulated leaf C

measured leaf C

simulated plant Cmeasured plant C

measured PAW500

simulated PAW500simulated 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

LAI

estim

ado

inve

rsa

ndo

as im

age

ns 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);

Bolsas de doutorado: 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 os ciclos do carbono, da água e dos...

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