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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

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 Congo15-20 m3 ha-1 ano-1

Manejoflorestal


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

Produção de biomassa

Aguas superficiais e lençol freático

ATMOSFÉRA (CO2 e H2 O)


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, 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,...



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




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-hou

rly F

c (μ

mol

m-2 s

-1)

Months since February 2008

Inverno

O desafio: quantificar os componentes do C emitidoRespiração

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

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)


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



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





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

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


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


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


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


Rai

nfal

l (m

m d

-1)

0 100 200 300 400 500 600 7001000

1100

1200

1300

1400


SW

C 0

-10m

(mm

)



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



Pluviometria

Conteudo de Água no Solo

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

ETR

acu

mul

ada

(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 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


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. 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



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


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



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.



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 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)



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



“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

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



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)



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


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


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