Caracterização espectral de mudas de Pinus taeda expostas a incidência de geadas

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1 Caracterização espectral de mudas de Pinus taeda expostas a incidência de geadas Laura Camila de Godoy Goergen 1 Rudiney Soares Pereira 1 Mateus Sabadi Schuh 1 Lucas Alexandre Kervald 1 Emanuel Araújo Silva¹ 1 Universidade Federal de Santa Maria UFSM Av. Roraima, n 1000, Santa Maria - RS, Brasil lauragoergen@yahoo.com.br rudiney@smail.ufsm.br mateuschuh@gmail.com lucaskervald@hotmail.com mad_emanuel@hotmail.com Abstract. The frost occurence is a climatic factor that causes negatives consequences to a less or higher degree in all steps of forestry production, and can even be characterized as a limiting factor in commercial plantations in southern Brazil. Through remote sensing and espectroradiometry techniques, it s possible to obtain information about the plants stress conditions, caused by the intense cold and the ice formation. The aim of this paper was to evaluate and analyze reflectance curves in the spectral range ηm, from seedlings of Pinus taeda exposed to frost incidence in the Nursery of Universidade Federal de Santa Maria in four harsh winter day. The radiometric measurements were made with spectroradiometer FieldSpec 3connected to RTS-3ZC unit (integrating sphere). Statistical tests (ANOVA and Tukey), showed the significant differences existence in reflectance curves between measurement periods. Over the time there was a significant increase in reflectance factor in the visible range, which shows the loss of photosynthetic pigments. The disintegration of mesophyll is also evidenced by the substantial increase in reflectance in the near infrared region. In this way, this technique was capable of detecting changes in the physiology of leaves submitted to stress caused by frost. What enhances the use of this tool in planning forest activities subject to losses by this phenomenon. Palavras-chave: Remote sensing, Spectroradiometer, Pinus taeda, Frost. 1. Introdução A silvicultura é uma atividade econômica que possui grande dependência de vários fatores ambientais, entre eles as condições climáticas, podendo sofrer conseqüência destes fenômenos em todas as etapas produtivas. Apesar de serem eventos climáticos ocasionais, as geadas constituem-se em um dos principais fatores limitantes a alguns plantios comerciais na região Sul do Brasil. Dessa forma, a recomendação de espécies resistentes à ocorrência de geadas torna-se uma ferramenta indispensável ao planejamento da atividade de silvicultura. Embora seja considerada uma espécie altamente variável, a ocorrência de geada em mudas de Pinus taeda, pode prejudicar ou impedir o desenvolvimento das mesmas. Auer et al (2001), relataram diversos danos em mudas de Pinus após a ocorrência de geadas, podendo, inclusive, ocasionar a morte de plântulas e mudas jovens. De acordo com os dados da ABRAF (2012), a área de plantios de Pinus no Brasil totalizou ha em 2011, sendo a segunda maior espécie de floresta plantada no país, ficando atrás apenas do eucalipto, com ha plantados. Hoje, as sementes de Pinus taeda são destinadas à produção de matéria-prima para as indústrias de celulose e papel, o que a torna uma espécie importante no mercado brasileiro (BRACELPA, 2011). O sensoriamento remoto utiliza diversas técnicas para o estudo da interação da energia eletromagnética com os alvos terrestres. A partir de dados de espectrorradiometria, que baseia-se nas medidas de reflectância de alvos, é possível obter informações da estrutura do 3171

2 dossel, estado fenológico, condições de estresse (déficit hídrico, geadas,...), carência de nutrientes, entre outros. Assim, este trabalho teve como objetivo gerar e analisar curvas de reflectância, a partir de mudas de Pinus taeda expostas à incidência de geada no Viveiro Florestal da Universidade Federal de Santa Maria, RS, em quatro dias de inverno rigoroso. 2. Metodologia de Trabalho 2.1 Localização da área em estudo O estudo foi conduzido na Universidade Federal de Santa Maria, dividindo-se entre o Viveiro Florestal e o Laboratório de Sensoriamento Remoto. No viveiro florestal ficaram alocadas as mudas da espécie selecionada, as quais ficaram em local aberto, permitindo a incidência de geada sobre as mesmas. Foram utilizadas 25 mudas, onde se extraíram acículas reunidas em grupos de 2 e 3 para cada um dos dias analisados. As acículas foram acondicionadas em uma caixa de isopor para evitar sua desidratação. As coletas das folhas foram realizadas em quatro dias consecutivos de frio intenso e geadas. O horário das coletas foi o mesmo para todos os dias, por volta das 13h. Figura 1. Mapa de localização da área de estudo. 2.2 Medições radiométricas As medições radiométricas foram realizadas no Laboratório de Sensoriamento Remoto, com a utilização do espectrorradiômetro FieldSpec 3 conectado a unidade RTS-3ZC (esfera integradora). Os dados provenientes destas leituras foram armazenados em um microcomputador acoplado ao espectrorradiômetro, onde foram convertidos para o formato texto através do software ASD ViewSpecPro Versão Assim que os dados foram 3172

3 organizados, gerou-se uma curva de reflectância média para cada período analisado, no intervalo de comprimento de onda entre ηm. Nesta faixa plotaram-se os gráficos do comprimento de onda x fator de reflectância. 2.3 Delineamento estatístico Para verificar se as médias de reflectância eram estatisticamente diferentes foi utilizado o software R versão No software R foi aplicada a seguinte sequência: 1. Teste de Variância: Verificar a maior e menor variância. Deve-se testar se a variância maior é significativamente diferente da variância menor. Se não for o caso, então pode-se concluir que nenhuma das variâncias é significativamente diferente das outras. 2. Análise de variância (ANOVA) para verificar diferenças em reflectâncias médias (variável reflectância) entre os diferentes períodos de leitura. 3. Na ocorrência de um F calculado significativo ao nível de probabilidade determinado, aplica-se o teste de Tukey, que analisa entre quais pares de médias nas diferentes datas ocorreram diferenças significativas na reflectância e entre quais pares as diferenças foram maiores. Utilizou-se o teste de Tukey HSD, a 5% de significância. 3. Resultados e Discussão Quanto ao aspecto visual das folhas, todas apresentavam-se sadias em todos os dias analisados. A Figura 2 ilustra as curvas espectrais da espécie estudada referentes aos dias em que foram realizadas as leituras espectrorradiométricas. Figura 2. Curvas de reflectância observadas nos quatro dias para mudas de Pinus taeda. De acordo com Naue et al (2011), as folhas quando saudáveis apresentam um comportamento espectral característico em três regiões do espectro eletromagnético: região do visível (0,4 a 0,7µm), região do infravermelho próximo (0,7 a 1,3µm) e região do infravermelho médio (1,3 a 2,6µm). No entanto, fatores como deficiência nutricional, idade, doenças e estresse hídrico podem interferir nas propriedades espectrais da folha nessas regiões do espectro eletromagnático. Uma análise visual da figura nos permite dizer que as médias de reflectância para os momentos analisados apresentam diferenças nas diferentes regiões do espectro eletromagnético. 3173

4 A significância das diferenças é comprovada pela ANOVA, onde se verificou que pelo menos, entre dois momentos, houve diferença significativa entre os valores médios de reflectância (Tabela 1). Tabela 1. Análise de Variância (ANOVA) para Pinus taeda. Fator de Variação GL SQ QM p valor calc. p valor tab. Dias e-16 *** Erro Signif. codes: 0 *** 0,001 ** 0,01 * 0,05, 0,1 1 Para analisar os pares de médias que apresentaram diferenças significativas para os diferentes dias foi realizado o teste Tukey (Tabela 2). Tabela 2 Teste Tukey HSD para pinus. diff lwr upr p adj De acordo com a tabela 2, observa-se que só não houve diferença significativa entre os dias 2 e 4 e entre os dias 1 e 3. A maior diferença ocorreu entre o segundo e o terceiro dia. Embora não tenham sido analisadas as diferenças por região do espectro, é possível perceber diferenças em todas as regiões (Figura 2). As folhas de plantas danificadas por resfriamento mostram inibição da fotossíntese, translocação mais lenta de carboidratos, taxas respiratórias mais baixas, inibição da síntese protéica e aumento da degradação de proteínas existentes que envolvem a perda de função da membrana plasmática durante o resfriamento (TAIZ e ZEIGER,1998). Ponzoni e Shimabukuro (2007) definiram os constituintes da folha que alteram a forma da curva em cada região do espectro. Na região do visível os pigmentos dominam a reflectância, sendo eles: clorofila (65%), carotenos (6%) e xantofilas (29%), que podem variar de espécie para espécie. Podemos perceber isso na prática, quando as folhas após a geada ficam com um tom mais amarelado, perdendo assim, parte de seus pigmentos, o que por conseqüência gera uma redução substancial na absorção da energia incidente e aumento no fator de reflectância espectral. Na região do infravermelho próximo, segundo os autores supracitados, a água apresenta absorção da radiação eletromagnética geralmente baixa e a reflectância espectral geralmente é constante. Nessa faixa, a forma da curva é explicada pela estrutura interna. Para Silva (2008) apud Sãulescu e Braun (2001) a tolerância das plantas à geada é definida pela habilidade de sobreviver à formação de gelo nos tecidos extracelulares. A formação do gelo e a mudança na estrutura interna varia conforme a intensidade da geada e da frequência que ocorreu, o que explica a diferença de resposta espectral entre os diferentes momentos analisados. O fato de as curvas de reflectância apresentarem uma tendência de aumento nessa faixa com o passar dos dias, evidencia um efeito cumulativo na desestruturação dos tecidos do mesofilo foliar à medida que os dias com incidência de geada vão se sucedendo. A expansão da água congelada entre os tecidos foliares, provoca uma alteração na formatação do mesofilo foliar, ocasionando o surgimento de um maior número de lacunas em 3174

5 sua estrutura após o desgelo, o que segundo Ponzoni e Shimabukuro (2007), aumenta o espalhamento interno da radiação incidente e conseqüentemente os valores dos fatores de reflectância na faixa do infravermelho próximo. Normalmente, a formação de gelo nos tecidos, ocorre em temperaturas a partir de - 3 ou - 4 ºC (Higa et al., 1994). De acordo com esses autores, as temperaturas verificadas nos dias anteriores às geadas são decisivas na severidade dos danos. A progressão e a extensão da injúria provocada pelo frio depende do grau do resfriamento, sua duração e a velocidade que a temperatura muda durante o resfriamento e durante o aquecimento. 4. Conclusões Conclui-se que é possível detectar mudanças na fisiologia das folhas, devido aos fatores ambientais de resfriamento e congelamento, através de leituras de reflectância foliar. O aprimoramento desta técnica exige um maior monitoramento do comportamento espectral do alvo nessas condições climáticas para, através do ajuste de equações, se obter boa precisão na avaliação espectral das plantas. Para a continuidade do estudo, pretende-se correlacionar estes dados de reflectância com a fisiologia da espécie em estudo, com o intuito de comparar as alterações fisiológicas provocadas pela geada e os mecanismos de defesa da espécie com um determinado intervalo de reflectância. Essa ferramenta poderá ser utilizada para um melhor planejamento das atividades florestais sujeitas a perdas por geada. Referência Bibliográficas ABRAF Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas. Anuário estático da ABRAF 2012 ano base Disponível em: < Acesso em: 01/11/2011. Auer, C. G.; Grigoletti Júnior, A; Figueredo, A. S. Doenças em Pinus: Identificação e Controle. Colombo, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária- Embrapa Florestas,. 2001, 28p. BRACELPA Associação Brasileira de Celulose e Papel. Pinus. Disponível em: < Acesso em: 01/11/2012. Higa, A. R.; Garcia, C. H.; Santos, E. T Geadas, prejuízos à atividade florestal. Silvicultura, São Paulo, v.15, n.58, p.40-43, nov./dez. Naue, C. R.; Marques, M. W.; Lima, N. B.; Galvíncio, J. D. Sensoriamento remoto como ferramenta aos estudos de doenças de plantas agrícolas: uma revisão. Revista Brasileira de Geografia Física, v. 03, p ,2010. Ponzoni, F.J., Shimabukuru, Y.E. Sensoriamento remoto no estudo da vegetação. São José dos Campos: A. Silva Vieira, p. Silva, E. P da. Respostas de trigo à geada p. Dissertação (Mestrado em Agronomia)- Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo