MODELAGEM DA BIOMASSA INDIVIDUAL DE Merostachys skvortzovii SEDULSKI

Felipe Scheibe Dallagnol1; Francelo Mognon2; Rodrigo Medeiros3; Alexandre Behling4; Ana Paula Dalla Corte5; Carlos R. Sanquetta6.

Resumo

O bambu é uma planta sinônimo de sustentabilidade e tem sido utilizado para os mais diversos fins, sendo importante opção para a produção de biomassa, devido a grande tendência para utilização para produção de papel e energia. A espécie Merostachys skvortzovii Sendulski é conhecida como taquara que ocorre nos sub-bosque de florestas plantadas e nativas no sul do Brasil, sendo que possui ciclo entre uma floração e outra, de aproximadamente 30 anos. O presente trabalho teve como objetivos a avaliação da correlação entre as variáveis de fácil medição na espécie e a quantificação da biomassa seca total individual visando a modelagem matemática para se obter o peso total seco. No mesmo contexto, buscou-se a relação das variáveis de fácil obtenção no campo, em razão de estimativas para encontrar o valor de biomassa seca de forma indireta. A avaliação baseou-se na separação dos compartimentos da biomassa sua pesagem e secagem, a modelagem foi realizada baseando-se no peso total dos indivíduos, sendo testados dez modelos onde se relacionaram diferentes variáveis de fácil obtenção para estimativa do peso seco. Neste trabalho foi observado que a biomassa acima do solo para esta espécie corresponde a cerca de 90% da biomassa total, com relação a modelagem, os modelos simples foram os mais eficazes.

Palavras chave: Bambu, Biomassa, Modelagem.

Abstract

The bamboo is well known and has been used for several uses, it is a important choice for biomass production due to the great tendency for paper production and energy. The species Merostachys skvortzovii is a baboo species that dominates the understorey of native and planted forests of Paraná, which has a cycle between flowering approximately 30 years. The present study aimed at evaluating the correlation between variables of easy measurement and quantification of this species for the individual biomass seeking the mathematical model to obtain the total dry weight. In the same context, was sought the relationship of the variables easy to obtain in the field, because of estimates to find the value of dry biomass indirectly. The evaluation was based on the separation compartments of the biomass being weighed and drying, modeling was performed based on the total weight of the individuals being tested ten models related where different variables can be readily obtained for estimating the dry weight. In this study it was observed that the above ground biomass for this species is about 90% of the total biomass, with respect to shaping, the simple models more effective.

Keywords: Bamboo, Biomass, Modeling.

Introdução

Pertencente à família Poaceae e subfamília Bambusoideae (SCURLOCK et al., 2000), o bambu tem acompanhado o desenvolvimento humano desde o princípio do desenvolvimento tecnológico, fornecendo abrigo, alimento, utensílios domésticos e outros artefatos. O bambu é uma planta conhecida e tem sido utilizada para os mais diversos fins, principalmente nos países asiáticos (CASAGRANDE e UMEZAWA, 2004) sendo conhecida como a planta dos mil usos. Outra característica relevante é a facilidade de utilização e a multiplicidade de produtos provenientes de bambus, pois são importantes produtos florestais não madeiráveis, de agricultura de subsistência e estão associados a diversas necessidades comerciais, econômicas, sociais e ambientais (SCHWARZBACH, 2008). Leva pouco tempo para ser renovado, produzindo colmos assexuadamente durante anos sem necessidade de replantio. (RIBAS, 2009). Os bambus, presentes em boa parte do planeta, constituintes

1 Engenheiro Florestal, Mestre em Manejo Florestal na UFPR (fsdallagnol@gmail.com);2 Biólogo, Mestre e Doutorando em Manejo Florestal pela UFPR (mognon@ufpr.br);3 Graduando do curso de Engenharia Florestal da UFPR (rodrigo_medeiros13@yahoo.com.br);4 Engenheiro Florestal, Mestrando em Manejo Florestal na UFPR (alexandre.behling@yahoo.com.br);5 Engenheira Florestal, Doutora e Professora do Departamento de Ciências Florestais da UFPR;6 Engenheiro Florestal, Doutor e Professor do Departamento de Ciências Florestais da UFPR.

do ambiente florestal e da sucessão ecológica, ocupam na América Latina uma área estimada em 11 milhões de hectares (SANTOS, 2008).

Segundo Pereira (2001), o bambu é pouco exigente com relação ao solo e ao clima. Desenvolve-se melhor em solo arenoso e leve, de boa drenagem, profundo e de nível médio de fertilidade. São encontrados desde o nível do mar até elevações alpinas. Distribuem-se naturalmente dos trópicos às regiões temperadas com maior ocorrência nas zonas quentes e com chuvas abundantes das regiões tropicais e sub-tropicais da Ásia, África e América do sul.

O mesmo autor ainda cita que bambus nativos brotam em todos os continentes, exceto na Europa, sendo que 62% das espécies são nativas da Ásia, 34% das Américas e 4 % da África e Oceania. Possuindo cerca de 50 gêneros e 1250 espécies são vários os tipos de bambu, existindo desde espécies pequenas, com até um metro de comprimento, até espécies gigantes que chegam a atingir cerca de 35 metros.

Ribas (2009) afirma que de um ponto de vista agrícola, a cultura do bambu é economicamente compensadora, por ser perene e produzir colmos assexuadamente, ano após ano, sem necessidade de replantio e com grande rendimento anual por unidade de área. O emprego do bambu apresenta, em comparação com a madeira, uma série de vantagens, seu rápido crescimento, baixo custo e diversidade na utilização pode em muitos casos substituir a utilização de madeiras nativas. O bambu pode ser considerado a madeira do século XXI. Por ser altamente renovável e com diversas possibilidades de utilização sustentável vem ganhando espaço no cenário ambientalmente correto, assim no Brasil.

O bambu é uma planta de grande utilidade industrial, sendo importante opção para a produção de biomassa, particularmente para o Brasil, país que intensamente utiliza essa espécie para produção de papel e energia (BRITTO et al., 1997), o papel feito com fibras de bambu tem a mesma qualidade que o papel feito com as fibras de madeira, oferecendo seis vezes mais celulose que o pinheiro. O Brasil é o único país das Américas a ter uma indústria de papel de bambu, com uma grande plantação (aproximadamente 40 mil ha de Bambusa vulgaris) no Estado do Maranhão. (RIBAS, 2009).

Segundo Rodriguez (2005), aproximadamente 55 espécies de bambus ocorrem de forma natural nas Américas Central e do Sul, sendo a espécie Merostachys skvortzovii nativa do sul do Brasil. É uma espécie que domina o sub-bosque de florestas plantadas e nativas do Meio-Oeste do Estado do Paraná, sendo que possui um ciclo entre uma floração e outra, de aproximadamente 30 anos. Após sua floração e produção de sementes, a taquara seca, torna-se um substrato altamente inflamável, que em caso de combustão é capaz de gerar incêndios horizontais e verticais de grandes proporções (SANTOS, 2008).

De forma à reiterar a necessidade de informação concernente sobre a planta em questão e em razão de todas suas utilidades, o presente trabalho teve como objetivos a avaliação da correlação entre as variáveis de fácil medição na espécie e a quantificação da biomassa seca total individual. No mesmo contexto, buscou-se a relação das variáveis de fácil obtenção no campo, em razão de estimativas para encontrar o valor de biomassa seca de forma indireta.

Material e métodos

A área estabelecida para o estudo está situada no município de General Carneiro – PR, onde se encontra fragmentos de Floresta Ombrófila Mista (FOM) associados com a espécie Merostachys skvortzovii, (figura 1).

Figura 1: localização do município de General Carneiro no Estado do Paraná

Neste estudo foi avaliada a biomassa da espécie do gênero Merostachys, M. skvortzovii– da qual foram tomados vinte indivíduos, que foram abatidos e pesados empregando-se o método destrutivo, destas 20 amostras de colmo foram tomadas suas medidas diretas de diâmetro a altura do peito (dap) e diâmetro do colo (Dcolo). Posteriormente, abateram-se os indivíduos para a determinação da altura total (ht). Para quantificação

da biomassa vegetal, utilizou-se a metodologia sugerida por Sanquetta e Balbinot (2004), desenvolvida para determinação de biomassa florestal, adaptando-a para a análise em diferentes compartimentos desta espécie, ou seja, compartimentos de biomassa verde: rizoma, folhas ou folhagem, galhos (verdes ou secos) e colmo (superior e inferior).

De cada compartimento, foram retiradas para determinações de laboratório amostras com cerca de 500 gramas de biomassa verde. Para a pesagem da biomassa dos rizomas foi necessário abrir uma trincheira para circundar a planta e possibilitar a retirada do mesmo, evitando-se perdas de material radicial no processo de escavação. Todas as amostras foram acondicionadas em sacos de papel, identificadas e trazidas para o laboratório de Inventário Florestal da Universidade Federal do Paraná, para posterior secagem em estufa (70°C), até atingir peso constante, visando à obtenção da biomassa seca.

Análises de correlação e ajuste de equações alométricas

Inicialmente, após os dados terem sido passados para planilhas eletrônicas, onde foram realizadas as análises estatísticas básicas como médias, variâncias e desvios padrão, além da dispersão gráfica dos dados de dap, ht, Dcolo e o peso seco de todos os compartimentos do bambu, foram realizadas as análises de correlação entre as variáveis propostas para a medição nas plantas abatidas.

Em um segundo momento, foi eleita como de importante relevância a estimativa da variável Biomassa Seca, em função dos objetivos deste trabalho, a partir de um calculo que poderia ser realizado indiretamente por meio de modelos matemáticos posteriormente ajustados para o caso em questão. As variáveis que entraram nesse cálculo de estimativa da biomassa seca também foram: dap, ht, dcolo.

Os 10 modelos matemáticos que foram testados para a estimativa da biomassa seca são descritos na Tabela 1.

Tabela 1: Modelos testados para a estimativa da biomassa seca total (ps) de Merostachys skvortzovii.

Nº Modelo

1 ps=b0+b1ht2 ps=b0+b1dap3 ps=b0+b1dcolo2∗ht4 ps=b0+b1dap2∗ht5 ps=b0+b1dap2+b2 ht6 ps=b0+b1dcolo+b2 dap2+b3 (dap2∗ht )7 ps=b0∗dapb1

8 ps=b0∗(dap∗ht)b1

9 ps=b0∗(dcolo)b1∗(dap2)b2∗(dap∗ht )b3

10 ps=b0∗dapb1√dap

Logo após iniciado o tratamento dos dados para os ajustes dos modelos matemáticos, foi observada uma tendência não interessante para com os valores de importância estatística. Assim, dois valores (o maior e o menor valor de biomassa seca) foram retirados da análise, pelo fato de serem discrepantes dos demais valores e tornar o ajuste menos eficiente.

Segundo metodologia definida por Thiersch (1997) citado por Hess e Sheneider (2010), foi realizada a avaliação de desempenho dos ajustes das equações pelas estatísticas: coeficiente de determinação ajustado (R²aj.ust), erro padrão da estimativa (Syx), Coeficiente de variação (CV%) e Fator F calculado. Em suma, a partir dessas estatísticas foram definidos valores ou pesos para cada um desses padrões estatísticos dentro de cada equação, de acordo com sua eficiência dada pelos indicadores estatísticos. Iniciando em peso 1 a melhor equação e seguindo em ordem crescente para a pior. Logo, cada equação obteve um valor ponderado final (partindo da soma do peso para cada variável estatística), onde a melhor foi eleita por possuir o menor valor entre todas as outras. O valor ponderado de uma equação é obtido pela multiplicação do número de vezes quantificado para cada colocação pelo seu respectivo peso, sendo expressa por:

(1)VP=∑i=1

n

Nr i∗P i

Sendo: Pi = peso da iésima colocação; Nri = número de registros que obtiveram a iésima colocação; VP = valor ponderado da equação. A equação selecionada foi a que apresentou o menor valor ponderado dos escores estatísticos determinados conforme Thiersch (1997) citado por Hess & Sheneider (2010).

Resultados e discussão

A alocação de biomassa em M. skvortzovii esta majoritariamente localizada no colmo desta espécie, principalmente no colmo inferior que corresponde em média a 50,48% da biomassa total da espécie que juntamente com o colmo superior é responsável por 62,62% em média da biomassa desta espécie, na Figura 2 são apresentadas as porcentagens dos pesos secos obtidos por compartimento analisado. Um dos fatos importantes de se destacar é de que os pesos secos encontrados para a biomassa dos indivíduos avaliados encontram-se entre 0,61 e 1,45 kg no total. Também é valido destacar que dos indivíduos avaliados em média 90,08% da biomassa encontra-se acima do solo.

50,48%

12,14%

15,82%

9,92%

11,58%0,41%

Colmo inferiorColmo superiorFolhas RizomasGalhos verdesGalhos secos

Figura 2: constituição do peso médio da biomassa seca de M. skvortzovii

Em razão das variáveis descritivas de medição direta no campo utilizadas durante todo o trabalho, a Tabela 2 apresenta de forma resumida os resultados. Sendo elas: dap, altura total , diâmetro do colo, foram qualificadas a partir de padrões estatísticos usuais como desvio padrão, variância e média.

Tabela 2: Estatísticas descritivas para dap, dcolo e ht para M. skvortzovii.

Estatística dap (cm) ht (m) dcolo (cm)Mínimo 2,87 7,1 2,97

Máximo 4,3 10,8 4,46

Média 3,62 8,49 3,84

Desvio padrão 0,41 1,02 0,41

Variância 0,16 1,04 0,16

A partir das correlações entre as três variáveis escolhidas, foi obtida uma alta relação entre o dap e o dcolo, seguida de uma relação média entre a ht e o dap. Por fim, diâmetro do colo não segue um padrão muito relacionado aos valores em altura. Esses valores podem ser apoiados pela biologia de crescimento do bambu, onde o diâmetro inferior do mesmo pode possuir variações devido as transições dos tecidos.

Os ajustes dos modelos foram realizados na planilha de cálculos Microsoft Excel e os resultados estão apresentados na Tabela 3.

Tabela 3: resultado dos ajustes dos modelos selecionados e seus respectivos parâmetros estatísticos de ajuste para a biomassa individual de M. skvortzovii.

ModeloCoeficientes Indicadores

b0 b1 b2 b3 R² aj. Syx CV% F

1 -0,284 0,215 - - 0,538 0,199 14,251 20,7662 -0,260 0,497 - - 0,437 0,219 12,998 14,1813 0,656 0,007 - - 0,577 0,190 14,710 24,1804 0,756 0,007 - - 0,621 0,180 15,214 28,9095 -0,908 0,307 0,157 - 0,664 0,169 15,909 17,8246 0,451 0,203 -0,067 0,011 0,631 0,177 15,823 10,7007 -1,179 1,243 - - 0,475 0,143 33,943 16,4038 -2,138 0,543 - - 0,658 0,115 39,295 33,7579 -2,605 0,307 -0,583 0,874 0,659 0,115 40,459 11,95410 -0,554 0,396 - - 0,455 0,146 33,302 15,206

Em que: b0, b1, b2, b3 representam os coeficientes ajustados; R²aj. equivale ao coeficiente de determinação ajustado; Syx equivale ao erro padrão da estimativa; CV% refere-se ao coeficiente de variação em porcentagem; F informa o valor de significância na análise de variância.

O modelo 5, foi o que se destacou com relação ao coeficiente de determinação ajustado (0,664) pois apresenta valores próximos a unidade, indicando um boa correlação entre o modelo ajustado e os dados utilizados para o ajuste. Uma relação boa comparada entre os outros modelos para o erro padrão foi observada no modelo 9 sendo que seu valor comparado com os demais modelos foi baixo entretanto foi o modelo 2 que apresentou os menores valores para o coeficiente de variação, o modelo 8 pelo teste de F, apresenta ser o modelo que representa melhor estatisticamente as variações entre a biomassa de M. skvortzovii, entre as variações de resultado é valido destacar a metodologia utilizada nesse estudo e empregada para melhor selecionar o modelo que representa este conjunto de dados, para tal o ranking dos indicadores presente na Tabela 4, foi de fundamental importância para estabelecer um critério igual entre os modelos com a indicação do melhor.

Tabela 4: Ranking das equações segundo a metodologia definida por Thiersch (1997) e indicação do melhor modelo para a estimativa da biomassa individual de M. skvortzovii.

ModeloRanking dos Indicadores

Valor ponderadoR² aj. Syx CV% F

1 7 9 2 4 22

2 10 10 1 8 29

3 6 8 3 3 20

4 5 7 4 2 18

5 1 5 6 5 17

6 4 6 5 10 25

7 8 3 8 6 25

8 3 2 9 1 15

9 2 1 10 9 22

10 9 4 7 7 27

O modelo que melhor representou o conjunto de dados foi o modelo 8, pois de acordo com a metodologia apontada por Thiersch (1997), em que leva em consideração o valor ponderado entre os indicadores

estatísticos, o menor valor é o que corresponde ao melhor modelo, ou seja, aquele que melhor representa o conjunto de dados analisado. Portanto para a estimativa da biomassa de M. skvortzovii a equação

ps=−2,138∗(dap∗ht )0,543 pode ser utilizado respeitando os parâmetros apontados para a estimativa da biomassa total, podendo ser empregados as porcentagens médias de biomassa para a estimativa do peso seco entre os compartimentos igualmente analisados, ou seja, colmo (inferior e superior), folhas, rizoma, galhos (vivos e secos).

Conclusões

A alocação de biomassa nos indivíduos da espécie em questão foi majoritariamente nos colmos, com detecção de algumas diferenças interespecíficas. A biomassa acima do solo representou pelo menos 90% da biomassa total dos bambus estudados.

A biomassa seca individual se correlaciona fortemente com variáveis biométricas da espécie em questão, como dap, altura e diâmetro de colo, sendo que a primeira é de mais fácil medição e tem alto poder preditivo da biomassa seca individual total.

Modelos simples, levando apenas em consideração o dap e a altura total como variáveis independentes, se ajustam bem para expressar a biomassa seca individual total como variável dependente. Pode-se empregar apenas o dap em tais modelos, sem prejuízos à qualidade das estimativas.

Referências

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