Seminário sobre o Setor Florestal e deCelulose no Brasil

“Pesquisa dos Fatores DeterminantesPesquisa dos Fatores Determinantesda Produtividade Florestalda Produtividade Florestal”05 de maio de 2005 / São Paulo - SP

________________________________________APRESENTADO POR: José LuizJosé Luiz Stape Stape

APOIOS:

Pesquisa dos Fatores DeterminantesPesquisa dos Fatores Determinantesda Produtividade Florestalda Produtividade Florestal

Seminário Perspectivas P & D - ABTCPSeminário Perspectivas P & D - ABTCP

Maio de 2005Maio de 2005

São Paulo - SPSão Paulo - SP

José Luiz José Luiz StapeStapeCiências FlorestaisCiências FlorestaisESALQ/USPESALQ/USP

ContextoContexto BrasileiroBrasileiro-- 3.0 3.0 milhõesmilhões ha ha EucalyptusEucalyptus-- AumentoAumento dada ProdutividadeProdutividade: 4 x: 4 x

19601960

12 m12 m33 ha ha-1-1 anoano-1-1

AtualAtual

50 m50 m33 ha ha-1-1 anoano-1-1

–– RotacoesRotacoes CurtasCurtas e e ExperimentosExperimentos VisandoVisando Volume Volume

–– ModelosModelos de de ProduçãoProdução: : ÍndiceÍndice de de SítioSítio

4 4 anosanos

OuOu extremosextremos

80 m80 m33 ha ha-1-1 anoano-1-1

AbordagemAbordagem EmpíricaEmpírica RestringeRestringe ExtrapolaçõesExtrapolaçõesentreentre EscalasEscalas EspacialEspacial e Temporal: e Temporal:

- Mudancas Ambientais e de Manejo entre Rotações

Ciclos GlobaisRecursos

SustentabilidadeMadeira

Curta LongaEscala Temporal

Esc

ala

Esp

atia

lPe

quen

a

G

rand

e

AbordarAbordar taistais TópicosTópicos::– Ecologia da Produção– Modelos Processuais

- Sustentabilidade e Uso de Recursos- Ciclos Globais: Atmosfera, Litosfera, Hidrosfera

Evapotranspiracao (mm ano-1)

Prod

utiv

idad

e Pr

imar

ia L

iqui

da

(g C

m-2

yr-1

)

Florestas

Savanas

Campos

Schimel et al. 1996

Eucalyptus

Brasil

EcossistemasMundiais

Porquê conhecer aProdutividade Potential?

• Saber a distância da “real” para “potential”• Identificar as restrições• Estabelecer estratégias para minimizá-las• Otimizar o uso de recursos• Aumentar a lucratividade do sistema• Aumentar a sustentabilidade florestal ?

Chuva

Azul = Umido

Amarelo = Seco

UsoUso e e EficiênciaEficiência do do UsoUso de de RecursosRecursosNaturaisNaturais em em FlorestasFlorestas PlantadasPlantadas

((CNPqCNPq – – CopenerCopener))

Rainfall (mm yr-1)800 1000 1200 1400 1600 1800

MA

I (M

g ha

-1 y

r-1)

5

10

15

20

25

30

35

35

46

1110

1413

1

7

8 9

2

12

MAI = - 7.1 + 0.022 Rainfallr2 = 0.80, P < 0.0001

Site Index (m, at age 5)14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Roo

t:Abo

vegr

ound

Rat

io (R

:A)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

35

46

1110

14 13

1 78

9

2

12

R:A = 0.495 - 0.012 SIr2 = 0.55, P = 0.002

IMA e ICA: IMA e ICA:

RaizRaiz::AéreaAérea Razão Decresce Razão Decresce com com ProdutividadeProdutividade

ChuvaChuva = = FatorFator DominanteDominante + 5 m+ 5 m3 3 haha-1-1 a a-1-1 parapara + 100 mm a + 100 mm a-1-1

Water Use (mm yr-1)500 750 1000

AN

PP

(Mg

ha-1

yr-1

)

05

1015202530354045

3

5

46

11 10

14

13

1

78

9

2

12

r2 = 0.39

Light Use (TJ ha-1 yr-1)16 18 20 22 24 26 28

AN

PP

(Mg

ha-1

yr-1

)

05

1015202530354045

3

5

46

1110

14

13

1

78

9

2

12

r2 = 0.49

Nitrogen Use (kg ha-1)0 20 40 60 80 100 120

AN

PP

(Mg

ha-1

yr-1

)

05

1015202530354045

3

5

46

1110

14

13

1

78

9

2

12

r2 = 0.95

ANPP e ANPP e UsoUso de de RecursosRecursos NaturaisNaturais

Rainfall (mm yr-1)600 800 1000 1200 1400 1600

Vap

or P

ress

ure

Def

icit

(kP

a)

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

3

54

611 10

1413

1

7

8

9

2

12

VPD = 0.95 + 430 / Rainfallr2 = 0.72, P < 0.001

average VPD (kPa)1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

WU

E (

kg m

-3)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

3

5

4

6

1110

14

13

1

78

9

2

12

r2 = 0.33, P = 0.03

EficiênciaEficiência--UsoUso--RecursosRecursos::DéfictDéfict de de PressaoPressao de Vapor (VPD) e de Vapor (VPD) e ChuvaChuva InversamenteInversamente RelacionadosRelacionadosEficiênciaEficiência do do UsoUso dada ÁguaÁgua (WUE) = (WUE) = ff (1/ VPD) (1/ VPD)

Rainfall (mm yr-1)600 800 1000 1200 1400 1600

Vap

or P

ress

ure

Def

icit

(kP

a)

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

3

54

611 10

1413

1

7

8

9

2

12

VPD = 0.95 + 430 / Rainfallr2 = 0.72, P < 0.001

average VPD (kPa)1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

WU

E (

kg m

-3)

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

3

5

4

6

1110

14

13

1

78

9

2

12

r2 = 0.33, P = 0.03

EficiênciaEficiência do do UsoUso de de RecursosRecursos

Rainfall (mm yr-1)600 800 1000 1200 1400 1600

LUE

(g M

J-1),

WU

E (k

g m

-3)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0 NU

E (kg kg

-1)

0

200250300350400450

NUEr2 = 0.34 (P = 0.02)

LUEr2 = 0.46 (P < 0.01)

WUEr2 = 0.37 (P = 0.02)

Para ProduzirPara Produzir 2 2 milhõesmilhões m³ Madeira m³ Madeira((CicloCiclo de 6 de 6 anosanos))

1600 mm1600 mm800 mm800 mmSítioSítio

27 t/ha27 t/ha18 t/ha18 t/haC Raiz GrossaC Raiz Grossa2.000 t N2.000 t N2.500 t N2.500 t NNN

311 milhões m³311 milhões m³629 milhões m³629 milhões m³ÁguaÁgua6.945 ha6.945 ha13.889 ha13.889 haTerraTerra

48 m³/ha/ano48 m³/ha/ano24 m³/ha/ano24 m³/ha/anoRecursoRecurso

O que é ProdutividadePotencial (Lenho) ?

• A máxima taxa que um dadogenótipo, num dado sitio, conseguefixar C, no lenho

0 50 100 150 200 250

Prod

utiv

idad

e

(m3/ha/ano)

Potencial

Atingível

Real

Fatores Definidores:Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação

Fatores Redutores:Ervas, Pragas,Doenças, Fogo

Fatores Limitantes Água, Nutrientes,Solo

Medidas de Proteção

Medidas de Produção

Actual

Attainable

Potential

Produtividade (Madeira)

0 50 100 150 200 250

Prod

utiv

idad

e

(m3/ha/ano)

Potencial

Atingível

Real

Fatores Definidores:Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação

Fatores Redutores:Ervas, Pragas,Doenças, Fogo

Fatores Limitantes Água, Nutrientes,Solo

Medidas de Proteção

Medidas de Produção

Actual

Atingivel

Potential

Produtividade (Madeira)

0 50 100 150 200 250

Prod

utiv

idad

e

(m3/ha/ano)

Potencial

Atingível

Real

Fatores Definidores:Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação

Fatores Redutores:Ervas, Pragas,Doenças, Fogo

Fatores Limitantes Água, Nutrientes,Solo

Medidas de Proteção

Medidas de Produção

Real

Atingivel

Potential

Produtividade (Madeira)

ProduçãoProdução num contextonum contexto EcológicoEcológico ? ?

GenéticaÁgua, Nutrientes,Luz, Temperatura

198419851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001

Year

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

< 100 mm month-1

100 - 200 mm month-1

> 200 mm month-1

Rainfall (mm yr-1)600120018002400

Alta variabilidade climática regional

Ultisol

Oxisol

CEC = 20 to 40 mmolc dm-3

K = 4 to 15 ppm

CEC = 30 to 60 mmolc dm-3

K = 8 to 30 ppm

Alta variabilidade edáficaregional

0 50 100 150 200 250

Prod

utiv

idad

e

(m3/ha/ano)

Potencial

Atingível

Real

Fatores Definidores:Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação

Fatores Redutores:Ervas, Pragas,Doenças, Fogo

Fatores Limitantes Água, Nutrientes,Solo

Medidas de Proteção

Medidas de Produção

Madeira = Fração da PPB

Resp.OutrosMadeira

Madeira ≅ 20 a 30% da PPB

(Produtividade Primaria Bruta)

Como abordar aProdutividade Potential?

• Teórica– Produção de lenho num balanço de C– Testar modelos ecofisiológicos

• Operacional– Identificar rapidamente a “distância”– Validar e usar modelos

TeoricaTeorica: Os Processos : Os Processos EcofisiológicosEcofisiológicos

EfeitosEfeitos dada ManipulaçãoManipulação de de ÁguaÁgua e eNutrientesNutrientes nana ProduçãoProdução e e AlocaçãoAlocação de de

CarbonoCarbono em em EucalyptusEucalyptus

ObjetivosObjetivos::

•• ObterObter BalançoBalanço CompletoCompleto de C de C porpor 2 2 AnosAnos•• IdentificarIdentificar ControlesControles SobreSobre Prod. Prod. PrimáriaPrimária BrutaBruta (GPP) (GPP)•• AvaliarAvaliar osos PadrõesPadrões de de AlocaçãoAlocação de C ( de C (AéreaAérea e e RaizRaiz))•• ColocarColocar ProducaoProducao de de LenhoLenho num Contextonum Contexto EcologicoEcologico

SítioSítio e e DelineamentoDelineamento

Fatorial 2 x 2 – 4 blocos

Latossolo txt média (14% argila)

Parcelas de 900 m²

2º Ciclo Florestal (1º = 23 m³ ha-1 ano -1)

E. grandis x urophylla

Clone 0321

3.5 a 5.5 anos

Fertilização: Controle x Alta

Água: Chuva x Irrigação

Trincheiras

NPP Folhas RespiraçãoFolhas

RespiraçãoMadeirasNPP Madeira

Produção Raiz + Respiração+ Exudatos + Micorrizas

GPP

GPP : GPP : ProdutividadeProdutividade PrimáriaPrimária BrutaBruta

GPP = ANPP + GPP = ANPP + RpRp + TBCA + TBCA

ANPP : ANPP : MedicoesMedicoes DiretasDiretas porpor ParcelaParcela

NPP

Madeira

NPP

Folhas

GPP = ANPP + GPP = ANPP + RpRp + TBCA + TBCA

RpRp : : EquacoesEquacoes de de RespiracaoRespiracao ( (GiardinaGiardina & Ryan 2002) & Ryan 2002)

Respiração

Madeira

Respiração

Folhas

ConstruConstruçãçãoo Madeira (WCR) Madeira (WCR)WCR = (0.9821 - 0.1415 (AWC/1000)) WNPPWCR = (0.9821 - 0.1415 (AWC/1000)) WNPP ManutenManutençãçãoo Madeira (WMR) Madeira (WMR)WMR = (0.3215-0.034 WMR = (0.3215-0.034 .. (5500/1000)) (5500/1000)) . . (AWC/1000) (AWC/1000) . .3030 ConstruConstruçãçãoo FolhasFolhas (FCR) (FCR) FCR = 0.25 FCR = 0.25 . . FNPPFNPP ManutenManutençãçãoo FolhasFolhas (FMR) (FMR)FMR = [NCAN FMR = [NCAN .. (1/14) (1/14) . . 0.006278 0.006278 . . 0.012 0.012 . . 86400 86400 . . 15]15]

EquaçõesEquações RespiraçãoRespiração ((GiardinaGiardina & Ryan 2002)& Ryan 2002)

E. E. salignasaligna - Hawaii - Hawaii

GPP = ANPP + GPP = ANPP + RpRp + TBCA + TBCA

Folhedo(FA) ∆∆CC

FS

TBCA = FTBCA = FSS – F – FAA + + ∆∆C (C (NadelhofferNadelhoffer and and RaichRaich 1990) 1990)

Variação = In – Out

ρCS + ρCR + ρCL + ρCT = TBCA + FA - FS

CL

CS

CR

TBCAFA

FS

CT

TBCA = FTBCA = FSS - F - FA A + + ρρCCSS + + ρρCCRR + + ρρCCLL + + ρρCCTT

ρC = TBCA + FA - FS

APAR = Luz Fotossinteticamente Ativa Interceptada

α* = Máxima Eficiência Quântica da Copa

fi: Restrições à Fotossíntese:

- água no solo (fw), fertilidade (fn), VPD (fd)

α aparente = α*. fi

GPP = APAR . GPP = APAR . αα**. . ffWW. . ffNN ..ffDD

UsoUso EficiênciaEficiência de de UsoUso

GPP = APAR . GPP = APAR . αα**. . ffWW. . ffNN ..ffDD

fDIrrig e Fert.

fD.fWFertilizado

fD.fNIrrigado

fD.fW.fNControle

RestricaoTratamento

Rai

nfal

l (m

m)

Irrig

atio

n (m

m)

050

100150200250300350 P

AR

(MJ

m-2

day

-1)

Tem

pera

ture

(ºC

)

051015202530

PARTemp

______________ ______________ Wet Year Normal Year

1769 mm 1207 mm I = 2150 mm

ResultadosResultados: : ClimaClima((AnoAno ChuvosoChuvoso e Normal) e Normal)

ResultadosResultados: : ClimaClima((AnoAno ChuvosoChuvoso e Normal) e Normal)

Ava

ilabl

e S

oil W

ater

(mm

)

04080

120160

Vap

or P

ress

ure

Def

icit

(kP

a)

0.00.51.01.52.0

RainfedIrrigated

______________ ______________ Wet Year Normal Year

SemSem EfeitoEfeito de deFertilizaçãoFertilização

Fertilização Fertilização de de PlantioPlantio

EfeitoEfeito dada IrrigaçãoIrrigação

MaiorMaior ÍndiceÍndice ÁreaÁrea FoliarFoliarMaiorMaior ProduçãoProdução Madeira Madeira

4 anos

EfeitoEfeito dada IrrigaçãoIrrigação

Age (years)3 4 5 6

LAI (

m2 m

-2)

0

1

2

3

4

5

RainfedIrrigated

Age (years)3 4 5 6

Woo

d Bi

omas

s (M

g ha

-1)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Nao Nao Irrigado Irrigado Irrigado Irrigado

Em 2 anos + 50% a Producao de Madeira

GP

P (k

g C

m-2

yr-1

)

0123456789

RainfedIrrigated

Wet Year Normal Year

GPP = APAR . GPP = APAR . αα* * . . ffDD. . ffWW. . ffNNα amplitude = 0.027 to 0.060 mol C mol photon-1

Ano Chuvoso: Efeito Umidade do Solo

+ 18% 18% αα

36%

83%

18%

Ano Normal: Efeito Umidade do Solo

+ 14% APAR + 63% 14% APAR + 63% αα

Ano Chuvoso x Normal: Efeito VPD

+ 2% APAR + 35% 2% APAR + 35% αα

6.6 7.8 3.1 5.6

AlocaçãoAlocação ((MédiaMédia dos 2 dos 2 anosanos))

kg C

m-2

yr-1

-3-2-101234567

6.72

GPP = 4.86

Rainfed Irrigated

%GPP 34% 28% TBCA

WNPP

FNPP

Rp

+ 38% GPP

Aumento TBCA

EfeitoEfeito IrrigacaoIrrigacao::

Decréscimo daFração do GPPAlocada para Raiz

+ 48% ANPP = + 32% αα + 8% Alocação + 7% APAR

19991999

20022002 Trivial: Determinação Ganho Madeira em m³/ha (50%)

Processo: Ganho devido ao aumento da eficiência douso da luz (30%), alocação de C (8%) e IAF (7%)

Feed-Back: Taxa de injeção de C no solo

Pode-se Simular Eventos e Ações

3%3%

29%29%

34%34%

17%17%

17%17%

NãoNãoIrrigadoIrrigado

NPP NPP FolhasFolhas RespiraçãoRespiraçãoFolhasFolhas

RespiraçãoRespiraçãoMadeirasMadeirasNPP MadeiraNPP Madeira

ProduçãoProdução RaizRaiz + + RespiraçãoRespiração+ + ExudatosExudatos + + MicorrizasMicorrizas

GPPGPP 4.8 kgC m-2 a -1

Stape, 2002

3%3%

32%32%

28%28%

19%19%

18%18%

IrrigadoIrrigado

NPP NPP FolhasFolhas RespiraçãoRespiraçãoFolhasFolhas

RespiraçãoRespiraçãoMadeirasMadeirasNPP MadeiraNPP Madeira

ProduçãoProdução RaizRaiz + + RespiraçãoRespiração+ + ExudatosExudatos + + MicorrizasMicorrizas

GPPGPP 6.7 kgC m-2 a -1

RedeRede Experimental BEPP Experimental BEPPBrasilBrasil Eucalyptus Eucalyptus ProdutividadeProdutividade Potential Potential

6

345

12

7

www.ipef.br/bepp/

BEPP, em mBEPP, em méédia:dia:

∆Fert = + 3% (ns)

∆Agua = + 29% **

∆Fert/Agua = + 38% **

Adequada fertilizaçãoAdequada fertilizaçãoAlta influência das chuvas no IMAAlta influência das chuvas no IMA

E.grandis

E.grandis Clone

Eucalyptus S. AfricaGenetico 20%Silvicultura 80%

Pallett and Sale 2004

Próximas EtapasPróximas Etapas::CrescimentoCrescimento e e EficiênciaEficiência / / ÁrvoreÁrvore

24 months

Em mEm méédia:dia:

∆TN UH = - 12%

∆FI UH = - 11%

Alta influência da uniformidade deAlta influência da uniformidade deplantio na produtividadeplantio na produtividade

0

1

2

3

4

5

6

7

8

14/7 21/7 28/7 4/8 11/8 18/8 25/8 1/9 8/9 15/9 22/9 29/9 6/10 13/10 20/10

Data

ETR

(mm

/ di

a)

ETR 150-300 cm

ETR 50-150 cm

ETR15-50 cm

ETR 0-15 cm

Rainfall event Rainfall event Rainfall event

p Origem da água usada

Veracell Daily Sapflow

Day

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

Sap

flux

(cm

3 h--1

cm-2

sw

a)

0

5

10

15

20

25

30TNU n = 9 FIU n = 10

ConclusõesConclusões•• A A produtividade produtividade ((madeiramadeira) é ) é apenas uma fração apenas uma fração (20 a(20 a

25%) do 25%) do Balaço Balaço total de C de total de C de uma florestauma floresta;;•• BalançoBalanço de C de C sensívelsensível aoao suprimentosuprimento hídricohídrico::

-- EficiênciaEficiência quânticaquântica dada copacopa ( (α)-- UsoUso dada LuzLuz (APAR) (APAR)-- PadrãoPadrão de de AlocaçãoAlocação de C (TBCA:GPP) de C (TBCA:GPP)

•• A A dominância entredominância entre--plantasplantas desempenha papeldesempenha papelimportante na produtividadeimportante na produtividade

•• O O Uso Uso a a EficiênciaEficiência de de UsoUso de de resursosresursos naturiasnaturiasaumentaaumenta com a com a produtivdadeprodutivdade

Obrigado