FisiologiaFisiologia e e CrescimentoCrescimento FlorestalFlorestal

Prof. JosProf. Joséé LuizLuiz StapeStapestape@usp.brstape@usp.brDept. Ciências FlorestaisDept. Ciências FlorestaisESALQ/USPESALQ/USP

Integração e Atualização Técnica em Florestas PlantadasSuzano, Itapetininga, SP – 21 e 22 de Junho 2006

ContextoContexto GeralGeral•• PlantaPlantaççõesões: :

–– 50 50 milhõesmilhões ha ha nosnos TrTróópicospicos–– ExpandindoExpandindo a a umauma taxataxa de 3 de 3 milhõesmilhões ha / ha / anoano

•• SuprimentoSuprimento de Madeira:de Madeira:–– DemandasDemandas Local e Global Local e Global –– 1 ha 1 ha PlantaPlantaççãoão : 5 ha : 5 ha FlorestaFloresta NativaNativa ManejadaManejada

•• EucalyptusEucalyptus::–– 15 15 milhõesmilhões haha–– VVááriasrias EspEspééciescies ComerciaisComerciais, , AltasAltas ProdutividadesProdutividades

ContextoContexto BrasileiroBrasileiro-- 3.5 3.5 milhõesmilhões ha ha EucalyptusEucalyptus-- AumentoAumento dada ProdutividadeProdutividade: 4 x : 4 x

19601960

6 Mg ha6 Mg ha--11 anoano--11

AtualAtual

25 Mg ha25 Mg ha--11 anoano--11

–– RotacoesRotacoes CurtasCurtas e e ExperimentosExperimentos VisandoVisando VolumeVolume

–– ModelosModelos de de ProduProduççãoão: : ÍÍndicendice de de SSíítiotio; ; PorPor EspEspééciecie/Local /Local

AbordagemAbordagem EmpEmpííricarica RestringeRestringe ExtrapolaExtrapolaççõesõesentreentre 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

aG

rand

e

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

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

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1000 2000 3000 4000 5000Número de Telefonemas Efetuados

Altu

ra E

ucal

yptu

s (m

)

(a) Modelo Empírico

0

1

2

3

4

5

6

7

0 2000 4000 6000Radiação Solar Acumulada (MJ/ha)

Altu

ra E

ucal

yptu

s (m

)

(b) Modelo Baseado Processo

IAF = 5.0

IAF = 2.0

IAF = 3.5

O O queque éé EcologiaEcologia dada ProduProduççãoão ??

GenéticaÁgua, Nutrientes,Luz, Temperatura

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

IMA e ICA:IMA e ICA:

Raiz:ARaiz:AééreareaRazãoRazão DecresceDecresce com com ProdutividadeProdutividade

ChuvaChuva = = FatorFator DominanteDominante+ 5 m+ 5 m3 3 haha--11 aa--11 parapara + 100 mm a+ 100 mm a--11

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

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

EficiênciaEficiência--UsoUso--RecursosRecursos::

EficiênciaEficiência de de UsoUso de Luz e N de Luz e N AumentouAumentou com com PrecipitaPrecipitaççãoão (e (e ProdutividadeProdutividade): ): ProvProváávelvel relarelaççãoão com com maiormaior condutânciacondutância estomestomááticatica e e alocaalocaççãoão nana parte parte aaéérearea

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 Para ProduzirProduzir 2 2 milhõesmilhões mm³³ MadeiraMadeira((CicloCiclo de 6 de 6 anosanos))

SSíítiotio 800 mm800 mm 1600 mm1600 mmRecursoRecurso 24 m24 m³³/ha/ano/ha/ano 48 m48 m³³/ha/ano/ha/ano

TerraTerra 13.889 ha 13.889 ha 6.945 ha 6.945 ha ÁÁguagua 629 milhões m629 milhões m³³ 311 milhões m311 milhões m³³NN 2.500 t N2.500 t N 2.000 t N2.000 t NC Raiz GrossaC Raiz Grossa 18 t/ha18 t/ha 27 t/ha27 t/ha

SitioSitio e e DelineamentoDelineamento

Fatorial 2 x 2 – 4 blocos

Parcelas de 900 m²E. grandis x urophylla

3.5 a 5.5 anos

Fertilizacao: Controle x Alta

Agua: Chuva x Irrigacao Trincheiras

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

Cresc. Mad.

Litter

Cresc. Folha

∆∆CC

FS

SemSem EfeitoEfeito de de FertilizacaoFertilizacao

FertilizacaoFertilizacao de de PlantioPlantio

EfeitoEfeito dada IrrigacaoIrrigacao

MaiorMaior IndiceIndice Area FoliarArea FoliarMaiorMaior ProducaoProducao MadeiraMadeira

4 anos

Não Irrigada Não Irrigada IrrigadaIrrigada

AlocaAlocaççãoãokg

C m

-2 y

r-1

-3-2-101234567

6.72

GPP = 4.86

Rainfed Irrigated

%GPP 34% 28% TBCA

WNPP

FNPP

Rp

19991999

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

Processo: Ganho devido ao aumento da eficiência do uso 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

SequênciaSequência::

•• AbordagensAbordagens: : EmpEmpííricarica versusversus ProcessualProcessual•• Ecologia da ProduEcologia da Produçção Madeireiraão Madeireira•• Uso e Eficiência do Uso de Recursos NaturaisUso e Eficiência do Uso de Recursos Naturais•• A Modelagem A Modelagem EcofisiolEcofisiolóógicagica•• ConcepConcepçção ão –– CalibraCalibraçção ão –– ValidaValidaçção de Modelosão de Modelos•• Manejo: ProduManejo: Produçção de Madeira e Uso de Recursosão de Madeira e Uso de Recursos

Um Um ModeloModelo SimplificadoSimplificado

EntradasNaturais

E1

Entradas de Manejo

E2

ProcessosEcofisiológicos

P

ProdutividadeS2

Qualidade SítioS1

Modelo é uma representação matemática de um sistema e todo Modelo é uma simplificação da realidade.

FasesFases EvolutivasEvolutivas dada ModelagemModelagem

FaseEvolutiva

Conhece-se Deseja-se Conhecer

Uso

“Compreensão” Entrada e Saída Processo Experimentação

“Previsão” Entrada e Processo Saída Monitoramento

“Controle” Saída e Processo Entrada Manejo

EtapasEtapas de de ImplementaImplementaççãoão dadaModelagemModelagem EcofisiolEcofisiolóógicagica

•• ConcepConcepççãoão

•• CalibraCalibraççãoão

•• ValidaValidaççãoão

•• ManejoManejo

ParâmetrosGenéticos

EnergiaRadiante

Precipitação

Área FoliarBiomassa

Défict dePressão Vapor

Evaporação

EnergiaInterceptada

Interceptaçãoda Copa

Temperatura

FotossínteseLíquida

CondutânciaEstomática

HerbivoriaPatologia

NutrientesFolhas

Assimilados Transpiração Reservas &Biodiversidade

Respiração Partição deCarbohidratos

Água do Solo

BiomassaRaiz

BiomassaCasca

BiomassaGalho

BiomassaLenho

Erosão

Litterfall Percolação

NutrientesForma Lábil

MatériaOrgânica

ErvasDaninhas

Fisiografia

MaterialOrigem Solo

NutrientesNão Lábil

AtividadesAntrópicasM

odel

oEc

ofis

iolo

gico

Ger

al

EtapasEtapas de de ImplementaImplementaççãoão dadaModelagemModelagem EcofisiolEcofisiolóógicagica

•• ConcepConcepççãoão

•• CalibraCalibraççãoão

•• ValidaValidaççãoão

•• ManejoManejo

RedeRede Experimental BEPP Experimental BEPP BrasilBrasil Eucalyptus Eucalyptus ProdutividadeProdutividade PotentialPotential

6

34

5

12

Capricórnio

Equador

7

8

6

34

5

12

Capricórnio

Equador

7

8

6

34

5

12

Capricórnio

Equador

7

8

www.ipef.br/bepp/

Água, Nutrição, Dominância

24 months

BEPP, em mBEPP, em méédia:dia:

∆Fert = + 3% (ns)

∆Agua = + 29% **

∆Fert/Agua = + 38% **

Adequada fertilizaAdequada fertilizaççãoãoAlta influência das chuvas no IMAAlta influência das chuvas no IMA

Em mEm méédia:dia:

∆Heter. = - 12 a - 18%

Alta influência da uniformidade de Alta influência da uniformidade de plantio na produtividadeplantio na produtividade

FOTOSSÍNTESE

CO2 H2O

1 TORRE PARA CADA CLONE

1 Campanha = 6 a 8 m Altura

2 Campanha = 10 a 12 m Altura

gs x VPD

-

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Déficit de Pressão de Vapor (kPa)

Con

dutâ

ncia

gs

(mm

ol/m

²/s)

ABCEINV

Transpiração e Balanço de

Água no Solo

p Origem da água usada

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

Métodos

• Agulhas / Calor• Determina:

g/s/cm2 alburno• Classe árvores

• Alburno por árv. • swa = f ( dap)• Calcula Uso Água

por Árvore

• Estima porparcela baseadodap

• Produtividadeparcela

• Calcula-se Eficiência Usoda Água

Resultados (Aracruz)

• Árvores irrigadastem mais alburno

• Usam 20% maiságua

• Se crescimento em madeira > 20%, então maior EUA no irrigado...

Day of Year

213 214 215 216 217 218 219 220 221 222

Wat

er U

se (L

Day

-1)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

FNUFIU

Average Daily Water Use Per Tree - Aracruz

EtapasEtapas de de ImplementaImplementaççãoão dadaModelagemModelagem EcofisiolEcofisiolóógicagica

•• ConcepConcepççãoão

•• CalibraCalibraççãoão

•• ValidaValidaççãoão

•• ManejoManejo

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

Potencial

Produtividade

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

Atingível

Potencial

Produtividade

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

Atingível

Potencial

Produtividade

•• 1 Parcela : 10 a 20 ha1 Parcela : 10 a 20 ha

•• Medidas a cada 1 ou 2 anosMedidas a cada 1 ou 2 anos

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

Atingível

Potencial

Atingindo a Produtividade Potencial...

XX

X

N, P, KN, P, K

PARCELAS PAREADASPARCELAS PAREADAS

““GÊMEASGÊMEAS””

Robustes EstatRobustes Estatíística stica

BiomassaBiomassa InicialInicial

Control Initial Biomass (Mg/ha)20 40 60 80 100 120 140 160 180Fe

rtiliz

ed In

itial

Bio

mas

s (M

g/ha

)

20

40

60

80

100

120

140

160

180

tp = 0.90 ns

y = 8.60 + 0.90 x

r² = 0.91 (P<0.001)

Wood Increment Control Plots(Mg/ha/yr)

0 10 20 30 40

Woo

d In

crem

ent F

ertil

ized

Plo

ts(M

g/ha

/yr)

0

10

20

30

40

tp = 13.6 ***

MMéédiadia de 2 de 2 anosanos

+ 26%

37 para 48 m³/ha/ano

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

Attingível

Potencial

Produtividade

XX

X

ChuvaChuva SemestreSemestre -- SPSP+ 5 Mg/ha/yr

April 2002 to March 2004

Rai

nfal

l (m

m/m

onth

)

0

50

100

150

200

250

300

350288 mm 934 mm 165 mm 867 mm

Dry Wet

Woo

d In

crem

ent (

Mg/

ha/y

r)

0

5

10

15

20

25

30

35Control Fertilized

Produtividade Real = 37 mProdutividade Real = 37 m³³/ha/ano/ha/anoProdutividadeProdutividade PotencialPotencial = 65 m= 65 m³³/ha/ano/ha/ano

RedeRede de de ParcelasParcelas GêmeasGêmeas de de InventInventááriorio

www.ipef.br/pg/

1

8

7

6

5

432

1

8

7

6

5

432

Balanços de Carbono, Água e Nutrientes na Escala do Ecossistema para uma

rotação do Eucalipto

ProjetoProjeto

Torre de Fluxo Torre de Fluxo

f1 = ρ . v1 . c1

f2 = ρ . v2 . c2

f3 = ρ . v3 . c3 Fc = v’ c’Σvi = 0

Turbilhões - Eddy

Propriedades Ar:[CO2], [H2O], Temp.

-20

-15

-10

-5

0

5

10

285 286 287 288

Day Of the Year

Fc (µ

mol

C m

-2s-1

)NEP=ΣNEE

Nouvellon et al. 2005

Rocha et al. 2005

EtapasEtapas de de ImplementaImplementaççãoão dadaModelagemModelagem EcofisiolEcofisiolóógicagica

•• ConcepConcepççãoão

•• CalibraCalibraççãoão

•• ValidaValidaççãoão

•• ManejoManejo

Modelagem Ecofisiologica Espacial

Layers (Camadas) de Inputs:

Clima: Radiação, PPT, Temp, DPV

Solo: Fertilidade e Física (Água Disp.)

Planta: Eficiência, Condutância

Grid = 30 m x 30 m = 0.09 ha

Input = BIOLInput = BIOLÓÓGICOGICO

.Material Genético

.Densidade da madeira

.Percentagem de casca

.Área foliar específica

.Coeficiente de extinção de luz

.Albedo da copa

.Máxima eficiência quântica da copa (CCQE)

.Taxa de respiração

.Máxima condutância estomática

.Máxima condutância da copa

.Retenção de água na copa

.Resposta ao déficit de pressão de vapor

.Alocação raiz Nutrição - Hídrico

.Alocação aérea Lenho e Galho

.Máxima troca de copa

.Máxima troca de raiz fina

.Temp. Mín, Max, Ótima de Fotossíntese

USP,IPEF, Veracel, Inflor

Modelo 3 PGModelo 3 PG

==

Outputs = Clima, Solo, Outputs = Clima, Solo, ÁÁgua, Fatores, Processos...gua, Fatores, Processos...

. Transpiração

. Interceptação

. Água no solo

. Drenagem

. Produtividade Primária Bruta (GPP)

. Produtividade da Parte Aérea (ANPP)

. Produtividade da Madeira (WNPP)

. Área Foliar

. Biomassa e Volume de Madeira

. Restrição hídrica

. Restrição nutricional

. Restrição umidade do ar

. Restrição da temperatura

....etc

==

SimulaSimulaçção de Cenão de Cenáários e Estudo dos Efeitos na rios e Estudo dos Efeitos na Produtividade e nos Recursos NaturaisProdutividade e nos Recursos Naturais

. Preparo de Solo

. Fertilização

. Eventos Climáticos (PPT, Temp...)

. Desfolha (Pragas e Doenças)

. Compactação de Solo

. Sistemas Silviculturais

. Colheita Florestal

.....Saídas Estocásticas Análise de Risco (Tomada de Decisão)

EntenderEntender o o CrescimentoCrescimento FlorestalFlorestal ememBases Bases FisiolFisiolóógicasgicas significasignifica::

i)i) Organizar e interOrganizar e inter--relacionar os processos frelacionar os processos fíísicos e sicos e biolbiolóógicos envolvidos com o crescimento das gicos envolvidos com o crescimento das áárvoresrvores

ii)ii) Necessitar de estudos controlados com adequada Necessitar de estudos controlados com adequada instrumentainstrumentaççãoão

iii)iii) Compreender e predizer efeitos de variaCompreender e predizer efeitos de variaçções genões genééticas, ticas, ededááficasficas, clim, climááticas, biticas, bióóticas e operacionais sobre a ticas e operacionais sobre a Produtividade Florestal e Produtividade Florestal e Recursos NaturaisRecursos Naturais

EquipeEquipe TTéécnicacnicaAlunos GraduaAlunos Graduaçção e Pão e Póóss--GraduaGraduaçção USP, UFBA, UNESP...ão USP, UFBA, UNESP...

Pesquisadores Pesquisadores –– USP, CIRAD, USDA, CSU, UFV, UFLA, UESC, UFPr... USP, CIRAD, USDA, CSU, UFV, UFLA, UESC, UFPr...

Corpo de Engenheiros: Corpo de Engenheiros: AcesitaAcesita, , AracruzAracruz, CAF, , CAF, CenibraCenibra, , CopenerCopener, , DuratexDuratex, , EucatexEucatex, , FlorestecaFloresteca, , InternationalInternational PaperPaper, , JariJari, , KlabinKlabin, , LwarcelLwarcel, , MasisaMasisa, , NobrecelNobrecel, , RigesaRigesa, , RipasaRipasa, , SatipelSatipel, Suzano Bahia Sul, VCP, , Suzano Bahia Sul, VCP, V&M, V&M, VeracelVeracel ......

Obrigado