Ministério da Agricultura Direcção Nacional de Terras e Florestas Unidade de Inventário Florestal

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1 Ministério da Agricultura Direcção Nacional de Terras e Florestas Unidade de Inventário Florestal Medição de Biomassa Florestal Utilizando Informação do Inventário Florestal Publicado com apoio do Projecto de Avaliação Integrada das Florestas de Moçambique

2 Medição da Biomassa Florestal Utilizando Informação do Inventário Florestal Almeida A. Sitoe e Flávia Tchaúque Maputo, Março de 2007

3 Tabela de conteúdo 1. Introdução Importância de estudos de biomassa Métodos de estudo de biomassa lenhosa Métodos directos (destrutivos) Árvores individuais Parcelas de amostragem Métodos indirectos Imagens de satélite (Landsat TM e Interferometria) Equações de biomassa Factores de expansão de biomassa Estudos de biomassa nos ecossistemas florestais pelo mundo Estudos de biomassa florestal na região Estudos de biomassa florestal em Moçambique Avaliação da biomassa florestal no contexto da AIFM Amostragem destrutiva Ajuste de funções alométricas Uso de informação do inventário florestal Calibração de funções de biomassa sobre as imagens de satélite Definição de classes de biomassa Conclusões e recomendações BIBLIOGRAFIA ii

4 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Diagrama simplificado do ciclo de carbono com os principais compartimentos e processos... 4 Figura 2. Diagrama representativo dos métodos de estudo de biomassa florestal... 6 Figura 3. Diagrama de procedimento de amostragem e medição de biomassa para árvores individuais (adaptado de Sitoe et al 2001)... 8 Figura 4. diagrama dos passos a seguir para a elaboração de um mapa de biomassa no contexto da AIFM Figura 5. Esquema de localização do cluster Figura 6. Localização da primeira subparcela do primeiro cluster Figura 7. Curvas de biomassa de árvores individuais em função do dap Figura 8. Relação entre a densidade da madeira a 12% de humidade e a densidade básica. Y = X, N=49, R 2 =0.988 (Curvas ajustadas com base na informação de Bunster 2006) LISTA DE TABELAS Tabela 1. Equações de biomassa na região tropical (Brown 1997) Tabela 2. Biomassa florestal em diferentes formações florestais na região da África Austral Tabela 3. Biomassa por tipo de vegetação na região do Corredor da Beira (Tchaúque 2004) Tabela 4. Equações de biomassa recomendadas a utilizar nas florestas abertas em Moçambique Tabela 5. Passos de cálculo de biomassa utilizando factores de expansão de biomassa.. 39 iii

5 LISTA DE ABREVIATURAS o C - Graus centígrado CENACARTA - Centro Nacional de Cartografia e Teledeteção cm - centímetros CO 2 - Dióxido de Carbono DAP - Diâmetro à Altura do Peito DNFFB - Direcção Nacional de Florestas e Fauna Bravia g - gramas GPS - Global Positioning System ha - hectares m 2 - metros quadrados mg miligramas Mg megagramas (= tonelada) MINAG - Ministerio da Agricultura PIB - Produto Interno Bruto SAR - Radar de Abertura Sintética ton - toneladas UTM - Universal Transversal Mercator iv

6 1. Introdução Uma das primeiras formas de uso de biomassa pelo homem para a obtenção de energia iniciou com a utilização do fogo para o confeccionamento e iluminação. O domínio do fogo permitiu ao homem a exploração dos metais, marcando novo período antropológico. A Madeira foi por muito tempo a principal fonte energética para a siderurgia e cerâmica. Óleos vegetais e animais também eram usado em menor escala. O grande salto no consumo de biomassa deu-se com a lenha na siderurgia, no período da revolução industrial (Mello, 2001) Com a crise energética que o mundo atravessa desde meados da década passada, tem se procurado alternativas na biomassa como fonte renovável e geradora de energia. Devido a esse facto pesquizadores tem também dedicado seus esforços no sentido de desenvolver métodos e técnicas para a produção, avaliação e quantificação da biomassa florestal (Machado, 1994). Segundo a DNFFB (1999), estima-se que cerca de 80% da energia consumida em Moçambique provém da biomassa lenhosa. A procura anual desta fonte energética foi estimada em 16 milhões de m 3 por ano, o equivalente a cerca de 706 milhões de dólares anuais que o PIB não tem contabilizado. De um modo geral pode-se definir a biomassa como a quantidade de material orgânico que constitui os seres de um ecossistema existente numa determinada área e que pode ser expressa em peso, volume, area ou número. A biomassa pode ser também medida em unidades calóricas a partir da cadeia alimentar, numa determinada área e em sua maxima disponibilidade em determinada época do ano (Prado, 1999). Uma das grandes vantagens de biomassa é a variabilidade de formas de sua utilização. Pode-se usar como combustível na forma de gases, líquidos, ou sólidos. A biomassa possui um ciclo de reprodução extremamente curto comparado às opções energéticas de origem fóssil, além de pouco tempo necessário para a sua produção. A fotossíntese, processo produtivo de biomassa, capta quantidades superiores àquelas dos gases emitidos pela queima. 1

7 A biomassa florestal, para além da sua utilidade tradicional como combustível, tem sido considerado depósito de longo prazo de CO2, um gas de estufa importante na atmosfera. Esta característica da biomassa florestal faz com que as florestas desempenhem um papel importante no sequestro de carbono e assim, candidatas para pagamento de serviços ambientais no âmbito do mecanismo de desenvolvimento limpo (Labrecque et al s.d). Na prática corrente, os inventário florestais clássicos dão informação sobre o volume comercial e às vezes o volume total das árvores e da floresta. Essa informação não é directamente utilizável para o conhecimento da biomassa ou stocks de carbono armazenados na floresta. Para isso, é geralmente necessário utilizar procedimentos adicionais que podem incluir a utilização de funções de biomassa, factores de conversão, ou outras formas de converter o volume estimado nos inventários em biomassa. É neste espírito que se realizou este estudo, com a finalidade de estabelecer alguns procedimentos aceitáveis para a conversão de volumes estimados no inventário florestal nacional em biomassa lenhosa. O estudo contempla três partes principais: (a) o levantamento da informação bibliográfica sobre a biomassa, com particular destaque para a biomassa florestal lenhosa, (b) a revisão da informação sobre métodos de estimação de biomassa em Moçambique, na região da África Austral, e na região tropical em geral e (c) a produção de recomendações técnicas sobre os métodos possíveis de converter a informação do volume em biomassa a serem utilizados como parte do processamento de dados do inventário florestal nacional. O principal utilizador deste estudo é a Unidade de Inventário Florestal da Direcção Nacional de Terras e Florestas. Porém, outras instituições e indivíduos interessados nos procedimentos aqui descritos podem fazer a sua utilização com as devidas precauções. 2. Importância de estudos de biomassa Segundo Tchaúque (2004), é importante estimar a biomassa lenhosa de uma determinada área para a quantificação e estabelecimento do uso racional do recurso florestal para vários fins tais como servir de base para a elaboração de planos de maneio e prognosticar a dinâmica do recurso florestal. Desta forma pode-se precaver atempadamente sobre 2

8 eventuais rupturas na disponibilidade de recursos e danos ambientais e delinearem-se políticas que permitem a ligação entre o sector florestal e os outros sectores, bem como tomar medidas de recuperação e prevenção. Torna-se útil estimar a biomassa para avaliar as mudanças que ocorrem na estrutura da floresta, pois mudanças da densidade de biomassa são levadas a cabo por sucessões naturais, actividades humanas e impactos naturais devido à mudanças climáticas e queimadas descontroladas (Brown, 1997). A determinação da quantidade de biomassa é essencial em estudos de aspectos funcionais da floresta, além de serem considerados fontes primárias de informação em estudos de modelagem climática global (Santos et al. 2006). As mudanças no uso de terra conforme reportam Araújo et al. (2001), são responsáveis por uma parcela percentual da emissão global de CO 2, contribuindo para o desequilíbrio do teor de gases constituintes na atmosfera. A primeira Comunicação Nacional para a UNFCCC sobre as mudanças climáticas em Moçambique indica que cerca de 80% do total das emissões de gases de estufa está associado a florestas e mudanças de uso e cobertura florestal. A avaliação destas emissões só é possível através do conhecimento da dinâmica da biomassa contida na vegetação, principalmente a componente florestal. Dessa forma a determinação da quantidade de biomassa é essencial em estudos dos aspectos funcionais da floresta. Quantifica-se também a biomassa devido à crescente preocupação com as mudanças climáticas globais que no estão a convergir para políticas de redução de poluição. Os resultados do efeito dos gases de estufa podem ser quantificados através da estimativa de biomassa armazenado na biomassa florestal e pela quantidade de dióxido de carbono absorvido no processo de fotossíntese da planta acima e abaixo do solo. Com o processo de fotossíntese reduzem os gases acumulados na atmosfera principalmente vapor de água e dióxido de carbono que provocam a retenção de calor na superfície da terra (Prado,1999). O sequestro de gases de estufa pressupõe a conservação das florestas 3

9 como depósito de longo prazo ou utilização da biomassa florestal em produtos estruturais que não libertam os gases de estufa de volta para a atmosfera. A biomassa pode ser utilizada em diversas formas e estado para a obtenção de mais variadas formas de energia seja por conversão directa ou indirecta. Como vantagens da utilização de biomassa em substituição aos combustiveis fósseis pode-se citar a pouca poluição atmosférica global e localizada, estabilidade de ciclo de carbono e maior emprego de mão de obra. Apesar das vantagens citadas, a utilização de biomassa em larga escala também requer alguns cuidados, pois o resultado pode ser destruição de fauna e flora com estinção de espécies, contaminação do solo e mananciais de água por uso de adubos e defensivos e manejo inadequado (Rostand, 2006). fotossíntese CO2 Atmosférico Queimadas respiraçao Biomassa Vegetal herbivoría Biomassa Animal morte/senescência mineralização Solo/Litera Decompositores Figura 1. Diagrama simplificado do ciclo de carbono com os principais compartimentos e processos 4

10 A renovação na biomassa dá-se através do chamado ciclo de carbono. A decomposição ou a queima de material orgânico ou de seus derivados provoca a liberação de CO 2 para a atmosfera. As plantas através da fotossintese, transformam o CO 2 da atmosfera e água em hidratos de carbono, compõem sua biomassa, libetrando oxigénio para a atmosfera. Desta forma a utilização de biomassa, desde que não seja de maneira predatória, altera a composição media da atmosfera ao longo do tempo (Mello, 2001). 3. Métodos de estudo de biomassa lenhosa Existem dois métodos de estimação de biomassa lenhosa: os métodos directos e indirectos. Os métodos directos, também designado por destrutivos, implicam na derruba da floresta, pesagem e quantificação das componentes enquanto que o método indirecto não implica em derruba da floresta pois pode-se interpretar imagens satélite e fotografias aéreas caso existam, ou ainda usar dados de volume já existentes e a biomassa de cada componente é inferida a partir de relações alométricas. Tais relações são estimadas a partir de parâmetros mensuráveis como altura, DAP e densidade da madeira (Machado, 1994). Brown (1997) na mesma linha de pensamento referiu que o método indirecto apesar de estimar indirectamente a quantidade de biomassa usando funções alométricas, tem as suas desvantagens pois existe um número reduzido de inventários que reporta tabelas de povoamentos para pequenas e grandes classes de diâmetro de todas as espécies. Santos et al.(2006) indicam que a biomassa também pode ser estimada usando a técnica de interferometria que será defenido posterirmente. 5

11 Biomassa Florestal Método indirecto Método directo Inventário Florestal Imagens de Satélite Ajuste de funções Funções alométricas Funções de biomassa Abate e medição directa de árvores Árvores individuais Formações florestais Figura 2. Diagrama representativo dos métodos de estudo de biomassa florestal 3.1 Métodos directos (destrutivos) Neste método, segundo relata MINAG (1990), algumas árvores são seleccionadas para abate. O número de árvores depende da variabilidade da forma das árvores. Por exemplo Rutherford (1982), sugeriu 30 árvores ou menos principalmente se a forma de crescimento for uniforme e que poucas amostras são também permissíveis para árvores raras desde que a precisão não cause grandes erros na estimação de biomassa total. Enquanto que Jenkins et al. (2003), no estudo sugeriram cem a mil árvores. Chidumayo(1994), referiu que o número de parcelas a serem estabelecidas é variável, pode ser única ou agrupadas estabelecidas de forma aleatoria ou sistemática, e varia nas diferentes áreas inventariadas dependendo da extensão dos diferentes tipos de floresta e do objectivo da pesquisa. Em cada árvore abatida são registadas as medidas de diâmetro e da altura (comprimento). A árvore é em seguida seccionada e pesada. Em alguns casos são feitas pesagens separadas das partes (tronco, ramos grossos, ramos finos e folhas) com o fim de estabelecer as relações de distribuição de biomassa por componente. Para 6

12 cada componente são levadas amostras para o laboratório e repesadas depois de secas. Muitos investigadores têm usado parâmetros adicionais como por exemplo o diâmetro da copa, mas em geral a combinação do diâmetro do fuste e altura são recomendados. O método directo ou destrutivo usa-se quando se pretende estimar a biomassa em áreas onde não existem parâmetros de estimação de biomassa por métodos indirectos. Com este método, pode-se fazer um ajuste de funções alométricas que depois vão ser utilizadas nos métodos indirectos. O tamanho da amostra poderá garantir imparcialidade dos resultados e uma maior robustez dos parâmetros estimados mas os custos poderão elevados. No método indirecto, a unidade de amostragem pode ser árvore individual ou parcela por tipo florestal Árvores individuais Quando a unidade de amostragem é árvore individual obtem-se funções alométricas (ver métodos indirectos) e pode ser utilizado para avaliar espécies separadamente. Para garantir uma representatividade da amostra, para além do número de árvores de amostra, é importante que sejam representadas árvores de todos os tamanhos da espécie ou grupo de espécies consideradas. Assim, na amostra deve haver árvores pequenas, médias e grandes em proporções parecidas de modo a permitir a avaliação da variabilidade associada com o tamanho. 7

13 tronco ramos folhas Figura 3. Diagrama de procedimento de amostragem e medição de biomassa para árvores individuais (adaptado de Sitoe et al 2001) Um exemplo do método directo foi aplicado por Sitoe et al 2001 numa área de concessão florestal em Manica para a espécie Brachystegia spiciformis. Neste estudo, os autores classificaram as árvores em três categorias de tamanho: (i) pequena: cm dap, (ii) média: cm dap e (iii) grande: cm dap. Para cada classe de tamanho foram abatidas 5 árvores, tendo totalizado 15 árvores. Cada árvore, depois de identificada, foi medida o dap e a altura total. Depois de abatida, cada árvore foi medida o comprimento total e do tronco. Três componentes foram separados: (i) tronco, (ii) ramos, e (iii) folhas. Cada um dos componentes foi pesado separadamente e extraída uma amostra para a secagem no laboratório. O resultado deste exercício, apesar de se reconhecer que o tamanho da amostra era reduzido, foi com vista a criar uma base de ajuste de parâmetros de funções alométricas e indicar a distribuição de biomassa por componente. Assim, uma equação de regerssão que estabelece a relação entre o dap, altura e a biomassa da árvore foi estabelecida e ajustada utilizando o método de quadrados mínimos. Este procedimento pode ser vantajoso em plantações florestais, ou em ecossistemas simples com pouca riqueza de espécies, ou para espécies muito abundantes. No caso de 8

14 florestas naturais com muitas espécies onde há muitas espécies ou no caso de algumas espécies pouco abundantes, pode ser difícil encontrar amostras suficientes para representar estatísticamente cada categoria. Por isso, deve-se ter em conta o objectivo da medição de biomassa, pois se o objectivo for a caracterização de ecossistemas a amostragem por parcelas é recomendável Parcelas de amostragem Quando a unidade de amostragem é parcela, nem sempre é importante identificar espécies, pois o objectivo é produzir funções de biomassa que caracterizam determinados tipos florestais. Neste caso, é importante que a amostragem inclua diferentes formações vegetais, e várias parcelas devem ser estabelecidas em cada formação vegetal com o objectivo de estimar a variabilidade dentro das formações. Em cada parcela, todas as árvores são abatidas e medidas. Os detalhes de árvores individuais podem guardadas com o objectivo de produzir funções alométricas, mas o mais importante neste método é identificar a variação de biomassa entre os tipos de vegetação. No caso de parcelas de amostragem tem-se a vantagem de se puder incluir informação sobre as espécies, das quais se pode obter medidas como as que se obtem quando aa amostragem é fetita em árvores individuais (para espécies abundantes), ao mesmo tempo que se inclui informação de árvores de espécies pouco abundantes para completar a característica dos ecossistemas. 3.2 Métodos indirectos MINAG(1990), propôs este método no caso de existirem amostras de parcelas com diâmetros e altura de todas as árvores medidos e que as equações de biomassa foram construidas com base no método distrutivo. No método indirecto não existe regra quanto ao tamanho das amostras e das parcelas, este é determinado pela natureza da floresta e a precisão requerida pelo estudo. Deve se ter em conta que, nas florestas naturais, se as 9

15 parcelas forem pequenas a variância poderá ser muito grande, como resultado da variação do tamanho das árvores encontradas por parcela. O quarto inventário realizado na China no período de ( ) reportado por (Zhao et al. 2005), consistiu em 227 parcelas permanentes e 244 temporárias distribuidas por toda a China. A altura e DAP foram medidos para todas as árvores com DAP>4 cm. Mais de 300 dados de cinco tipos de plantações florestais foram colhidos. Brown (1997) referiu que o método indirecto é vantajoso por fornecer estimativa de biomassa sem recorrer a colheita de dados de DAP ou altura, bastando apenas aplicar o factor de expansão referente a componente das árvores não inventariadas sobre os valores obtidos na tabela de volume. Em geral, todos os métodos baseiam-se em informação gerada com base em métodos directos discutidos anteriormente. Isto é, requerem que haja equações com parâmetros ajustados para a área de estudo ou valores médios de biomassa por tipo de vegetação ou tipo de cobertura vegetal. Para regiões onde não há funções ajustadas será necessário iniciar com os métodos indirectos. O uso de parâmetros estimados em outros lugares (por exemplo Frost 1996) ou em modelos globais (por exemplo Begon et al 1986) pode ser permitido para dar uma ideia geral da distribuição de biomassa numa dada região, porém, pode resultar em dados não confiáveis para a planificação de uso da biomassa Imagens de satélite (Landsat TM e Interferometria) A técnica de interferometria derivada de dados na faixa de microondas, permite obter informações adicionais sobre a estrutura tri-dimensional dos alvos na imagem e vem sendo empregada no mapeamento de larga escala e monitoramento florestal. A título de exemplo uma missão científica aerotransportada foi executada, segundo Santos et al.(2006), na floresta nacional de Tapajós no Brasil, provendo dados SAR (radar de abertura sintética) em bandas X e P. O pulso-radar em frequência da banda P penetra na estrutura da floresta, atingindo a superfície do solo, podendo ser usado para a geração de um Modelo Digital de Elevação (DEM) por interferometria. O pulso radar em banda X é rebatido pelo dossel, reflectindo o topo da floresta o que permite gerar um modelo Digital 10

16 de superfície (DSM). A diferença entre os dois modelos representa a altura da cobertura vegetal, cuja imagem resultante é aplicada para gerar um mapeamento temático com a espacialização das variações de biomassa. Para isso, é necessário um pré-ajuste das funções de biomassa por tipo de cobertura florestal, o que permite a transformação das unidades de cobertura vegetal em unidades de biomassa. Biomassa = f(cobertura vegetal) No caso reportado por Santos et al (2006), foi feita uma separação em polígnos representando a variabilidade da paisagem, reflectindo povoamentos florestais distintos ou em outros casos unidades de oucupação de terra (áreas agrícolas e de pecuária). Assim todos os polígnos com altura interferométrica 2.6 m foram categorizados como sendo floresta primária ou sucessões secundárias e h int < 2.6 m foram tomados como categoria não floresta. Em casos de trabalhos mais detalhados, pode-se fazer a classificação ao nível de pixel e utilizado directamente a imagem para estimar quantidades mais exactas de biomassa. Em alguns casos, porém, depois da classificação ao nível de pixel, é feita a agrupação com base do tipo de biomassa predominante e formar classes de biomassa possíveis de distiguir num mapa (p.e. Labrecque s.d). A tecnologia que emprega produtos de sensores remotos tem direcionado esforços para geração e tratamento de dados orbitrais de alta resolução, hiperespetral e de radar. Dallemand et al.(1993), reporta que a técnica de interferometria com radar está baseada na interação de ecos recebidos pelo sensor por duas antenas ou mais, separadas no espaço por uma distância pré-estabelecida denominada linha de base e, por conseguinte de posições conhecidas. Na interferometria um maior afastamento entre as antenas resulta em melhoria na resolução do modelo digital do terreno mas não pode ser excessivo porque poderá ocasionar uma descorrelação entre as imagens. Nas áreas florestais, dependendo da frequência do radar, pode-se ter variações nos valores de interferometria e mesmo na coerência interferométrica. A interferometria para comprimentos de onda mais 11

17 longos, bandas L ou P, por exemplo tendem a apresentar valores de coerência mais estáveis. A interferometria SAR permite obter o modelo digital, que dependendo da frequência empregada pode ter maior ou menor penetração na estrutura do alvo florestal, obtendo-se modelos numéricos do terreno para diferentes camadas da vegetação. Araújo et al (2001) utilizaram imagens de satélite Landsat TM para construir o mapa de biomassa na região do Munincípio de Comodoro, limite entre Rondônia e Mato Grosso, na Amazônia Brasileira. Eles usaram funções alométricas e métodos directos para avaliar a biomassa de diversos tipos florestais com base no qual derivaram funções de regressão que relacionam características de imagem de satélite (razão (x) da banda L HV e C HV ) com a biomassa (B). A função de regressão estabelecida foi de tipo exponencial x ( B = e, N=13, R 2 =0.63) Assim, foi estimado o valor da biomassa para cada pixel e em seguida estabelecidos seis intervalos de biomassa e mapeada a sua distribuição. Estes métodos usam-se para produzir mapas de biomassa. Para o seu funcionamento, necessita um conhecimento sobre a interpretação das imagens de satélite em classes de cobertura florestal ou algumas características particulares das bandas espectrais das imagens, e de funções que relacionam estas características com a biomassa. Com este processo podem-se criar mapas de biomassa de áreas extensas. O método não capta as variações dentro e entre árvores individuais nem capta as variações entre e dentro das espécies uma vez que trata áreas de cobertura vegetal que podem ter várias espécies. Por isso, a função de conversão de unidade de cobertura vegetal em biomassa deve ter sido ajustada utilizando método directo com amostragem em parcelas como foi descrito anteriormente. Também pode se utilizar funções alométricas por espécie ou grupos de espécies, mas neste caso o procedimento poderá ser mais complexo devido ao provável elevado número de equações Equações de biomassa 12

18 As equações de biomassa obtêm-se geralmente por métodos directos com vista a facilitar o cálculo de biomassa em regiôes grandes sem ter que destruir as árvores. A ideia principal das equações de biomassa é estabelecer uma relação entre variáveis conhecidas (que não exigem o abate das árvores) e a biomassa. Assim, podem ser utilizadas: (a) Funções alométricas: funções que estabelecem uma relação entre variáveis de árvores individuais (p.e. dap, altura) e o peso das árvores que através da informação detalhada dos inventários florestais obtem-se a biomassa por unidade de área; (b) Funções de biomassa: funções que estabelecem relação entre variáveis de ecossistemas (p.e. cobertura vegetal, volume, área basal), que através de informação resumida dos inventários florestais ou mapas de vegetação podem ser utilizadas para estimar a biomassa. Funções alométricas são equações que estabelecem uma relação entre partes ou componentes de um ser vivo. Assim, funções alométricas para biomassa florestal, geralmente são equações de regressão estimada utilizando métodos estatísticos (ver por exemplo Neter et al 1997) utilizando variáveis de árvores individuais tais como DAP, altura, área basal da árvore, volume da árvore. A ideia essencial das funções alométricas é estimar variáveis muito difíceis de medir, neste caso a biomassa, através de variáveis fáceis de medir (tais como as indicadas acima) e sem ter que destruir as árvores. Enquanto muitos pesquisadores (veja por exemplo Jenkins et al 2003 e Brown 1997) reportam que o DAP é adequado para a estimação da biomassa local ou regional outros tem sugerido que ambos DAP e altura sejam incluídos na estimação de biomassa. A exclusão de equações de biomassa que precisavam de altura como variável independente justifica-se devido a dificuldade de medição da altura nas florestas com copas fechadas. Para que tais funções possam ser utilizadas numa dada região é necessário que haja um trabalho inicial, geralmente que inclui métodos directos utilizando árvores individuais como unidades de amostragem, com a finalidade de ajustar os parámetros da regressão. É importante que os parâmetros das funções alométricas a utilizar sejam ajustadas com 13

19 informação local de modo a representar as características da vegetação do sítio. As funções podem ser derivadas por tipo de floresta (ver por exemplo Tchaúque 2004) ou por espécie (Sitoe et al 2001), mas o comum é que devem ser incluidas na amostragem todas as espécies de interesse e todos os tamanhos de árvores e serem representadas pelas funções alométricas. Nos Estados Unidos, por exemplo, Jenkins et al. (2003) indica que muitas espécies de árvores comuns foram estudadas e possuem equações alométricas. Para o estudo reuniram 318 equações de biomassa total, 389 equações de biomassa das componentes de 100 espécies arbóreas. As equações publicadas foram usadas para predizer a relação entre o DAP da árvore (como variável independente) e a biomassa acima do solo para cada grupo de espécies. Neste caso, foi utilizado o modelo logarítmico apresentado a seguir: bm = Exp ( β + ln dap) 0 β 1 Onde: bm é biomassa total acima do solo (peso seco em kg) para árvores com DAP acima de 2,5 cm dap=diâmetro à altura do peito (cm) Exp= Função exponencial Ln= logarítmo de base e ( ) $ 0 e $ 1 são parámetros estatísticos que variam de uma espécie a outra Onde as equações alométricas são disponíveis para cada componente de interesse (ramos grossas, madeira comercial e folhagem) a estimativa de biomassa da componente foi feita e expressa como proporção da biomassa total acima do solo. O logarítmo da referida proporção foi modelado como função inversa do diâmetro como mostra a equação abaixo (Jenkins et al. 2003): β1 ratio = Exp β 0 + dap 14

20 onde: ratio = proporção da componente na biomassa total (peso seco em kg) das árvores com DAP maiores ou igual a 2,5 cm DAP = diâmetro à altura do peito (cm) Exp = função exponencial Ln = logarítmo na base e ( ) $ 0 e $ 1 são parámetros estatísticos que variam de uma espécie a outra Frost (1996) elaborou funções de biomassa para florestas de miombo utilizando um modelo linear que estabelece a relação entre a biomassa acima do solo (ton/ha) e a área basal do povoamento (m 2 /ha). Neste caso, relaciona características de um tipo florestal (ao invés de árvores individuais) com a biomassa. Note-se que nesse processo diversas espécies são incluidas no procedimento uma vez que na floresta natural ocorrem várias espécies em simultâneo. A equação de regressão construída por Frost (1996) foi a seguinte: B= 8,25AB - 30,33 Onde: B é a biomassa da planta lenhosa (ton/ha) AB é a área basal (m 2 /ha) do povoamento As constantes incluidas na equação são parámetros estatísticos já estimados para as florestas de miombo de Malawi, Zâmbia e Zimbabwe, utilizadas para construir as funções. Equações como estas podem ser utilizadas para converter informação derivada de inventários florestais, onde existe informação da área basal das parcelas amostradas (ou dos tipos florestais), em biomassa sem a necessidade de colheita adicional de dados. Porém, é importante que todos os tipos florestais que a serem considerados estejam representados pelos parâmetros e pelas equações a utilizar. Jenkins et al. (2003), referem que muitas publicações não indicam o número nem a lista de espécies usadas na construção de equações de biomassa. A aplicação de equações 15

21 desenvolvidas através de análises dimensionais (alometria) é uma das formas para estimar a biomassa sem recorrer a métodos distrutivos, porém alguns erros surgem na estimação de biomassa em larga escala usando equações existentes pois pode-se usar coeficientes desenvolvidos para uma espécie ou grupo de espécies, quando a amostra de árvores e densidade da madeira não for representativa para uma larga população, erros estatísticos associado aos coeficientes estimados, a forma de selecção das equações etc. A relação hiperbólica entre a biomassa e volume desenvolvida por Zhou et al.(2002), foi válida para quatro tipos de florestas plantadas na China (Pinus tabulaeformis, Pinus massoniana, Cunninghamia lanceolata, Populus): B = V a + bv Onde: B e V são a biomassa (Mg/ha) e volume (m 3 /ha) respectivamente; a e b são constantes para os tipos específicos de floresta Com base na equação acima e nos dados do quarto inventário (Zhao et al.2005), desenvolveram as equações que abaixo seguem: B t = 30 5 ij S ij i= 1 j= 1 a + bvij V Onde: V ij e S ij são volumes médios (m 3 /ha) e área total (ha) respectivamente; classes de idade (j= 1,2,3,4,5) e províncias excluindo Taiwan (i=1,2,3,...,30); a e b são constantes para os tipos específicos de floresta B t é a biomassa total de cada tipo florestal A biomassa média por hectare para cada tipo florestal foi calculada pela seguinte equação: 16

22 Bm = 1 A 30 5 ij S ij i= 1 j= 1 a + bvij V Onde: A é a área total (ha) de cada tipo florestal e os outros parâmetros estão definidos nas equações acima. Um modelo de biomassa foi definido por Santos et al. (2006), buscando estabelecer uma predição desejável, tendo como suporte informações inventariadas em campo e emprego de equações alométricas específicas segundo a equação abaixo: 0 [ biomassa = * h σ HH ] int * O modelo desta equação é de primeira ordem cujas componentes não são significativamente afectadas pela saturação do backscatter para níveis elevados de biomassa problema geral da floresta tropical ao ser monitorada com imagens de radar conforme relatado por Le Toan et al. (1992) Factores de expansão de biomassa Brown (1997) fez um estudo para estimação da biomassa florestal tropical bem como a sua variação. Para estimação de biomassa com base em informações de inventários florestais existentes, ela apresenta dois métodos: (i) a primeira forma é baseada no uso de medidas de volume existentes (volume/ha) convertidos para quantidade de biomassa (ton/ha) utilizando factores de expansão. Este método foi desenhado para florestas secundárias e maduras fechadas das regiões tropicais de África, América e Ásia. O método consiste na conversão do volume em pé do povoamento (m 3 /ha) conhecida a densidade das madeiras (ton/m 3 ) das espécies em 17

23 causa. Para o efeito, são dados valores de densidade de madeira de várias espécies nas três regiões tropicais. B = VoB*WD*BEF Onde B é a biomassa (ton/ha) VoB é o volume sobre a casca medida no inventário florestal (m 3 /ha) WD é a densidade da madeira (ton/m 3 ou g/cm 3 ) BEF é o factor de expansão de biomassa (o rácio entre a biomassa seca das árvores sobre a biomassa seca do volume inventariado) A principal limitação deste método é a informação da densidade de madeira das espécies inventariadas. Porém, para efeitos práticos, pode se usar valores médios de densidades conhecidas. Outra limitação é que os factores de expansão estabelecidos foram estimados com base na informação de florestas densas, as quais apresentam um padrão de ramificação diferente das florestas abertas. Nesta últimas estimou-se que a biomassa dos ramos pode ser até três vezes maior que a biomassa do tronco das árvores. (ii) a segunda forma estima-se a quantidade de biomassa usando equações de regressão de biomassa que relatam a biomassa seca por árvore como função de uma ou combinação de três dimensões. Para o efeito, foram estabelecidas cinco equações (entre exponenciais e quadráticas) de acordo com a zona climática (zona seca, zona húmida e zona muito húmida). As equações estabelecem a relação entre a biomassa total de árvores individuais em função do diâmetro (Tabela 1). Tabela 1. Equações de biomassa na região tropical (Brown 1997) Equação Zona Equação Intervalo Número climática de dap árvores (cm) usadas de R2 18

24 1 Seca Y=e ( Ln(D)) Seca Y=10 ( Log 10 (BA)) Húmida Y= D+1.242D Húmida Y=e ( Ln(D)) Muito húmida Y= D+0.74D Uma das principais limitações das equações de regressão é a pequena amostra das árvores utilizadas para o desenvolvimento das equações nas regiões tropicais. Mais ainda, das poucas árvores medidas, poucas ainda são aquelas que representam diâmetros grandes. Este último aspecto é muito importante se tomarmos em conta que árvores grandes (p.e. dap>150 cm) têm uma contrubuição que pode ser mais de 70% da biomassa do povoamento. Outra limitação é a utilização da equação apenas dentro do intervalo de diâmetros utilizados para calibrar a função. 4. Estudos de biomassa nos ecossistemas florestais pelo mundo Estudos de biomassa florestal tem sido realizados em diversos ecossistemas para diversos fins. O conhecimento da biomassa florestal é importante para estudos da produtividade primária líquida, ciclagem de nutrientes que por sua vez são utilizados para avaliar a dinâmica de alguns elementos importantes tais como o CO2. A seguir apresentam-se alguns estudos de biomassa tendo como realce os métodos utilizados e os resultados encontrados, com vista a uma possível utilização para estimação de biomassa florestal em Moçambique. 19

25 Produtividade primária (g/m 2 /ano) OA LD Aquático E DS SV PA SA terrestre FTH FTS Biomassa (Kg/m 2 ) OA oceano aberto, LD lagoa de água doce, E estuário, PA pântano, DS deserto, SV savana herbácea, SA savana arbórea, FTS floresta tropical semidecídua, FTH floresta tropical húmida Figura: biomassa florestal aérea em diversos ecossistemas (adaptado de Begon et al, 1986). Jenkins et al. (2003), fizeram um estudo de biomassa por espécie numa região florestal nos Estados Unidos. Neste estudo as espécies foram agrupadas em seis categorias de madeira leve e quatro de madeira dura, baseadas na combinação da relação taxonómica, gravidade específica da madeira e a relação entre o diâmetro e a biomassa acima do solo. Para predizer a biomassa dos dez grupos de espécies desenvolveram equações alométricas. Estimada a biomassa chegou-se à conclusão que as espécies de madeira dura possuiam maior biomassa que as espécies de madeira leve. Na China existem inventários feitos periodicamente (ciclo de cinco anos) para mais de trinta anos. Dos 300 dados de cinco tipos de plantações florestais (Pinus massoniana, Populus, Larix, Pinus tabulaeformis e Cunninghamia lanceolata) Zhao et al. (2005), concluiram que existe relação entre a biomassa e o volume da floresta para os cinco tipos de plantações florestais. A variação da biomassa comportou-se da seguinte forma: Mg/ha (Populus) para Mg/ha (Pinus massoniana) e de 8.84 (Larix) para 14,15 20

26 Mg ha -1 ano -1 (Pinus massoniana) respectivamente. O coeficiente de correlação das equações foi abaixo de 0.8 com p<0.001 ou p<0.05 A biomassa total das cinco plantações foi de 2.85 Pg (1Pg=10 15 g) e a biomassa média por hectare foi de Mg ha -1. A biomassa média por hectare das cinco plantações variou de (Pinus massoniana) para Mg/ha Pinus tabulaeformis). Esta variação ocorreu porque geralmente diferentes tipos florestais possuem diferentes composições de classe de idade e diferentes tipos florestais tem diferente padrão de distribuição. Existem poucos estudos que reportam perdas de biomassa e da estrutura de um povoamento durante a conversão de florestas tropicais em áreas de pastagem, uso comum nos neotrópicos. Por exemplo Kauffman et al. (2002), num estudo realizado no México para determinarem tais perdas associadas à conversão de terra estimaram a biomassa em cinco períodos: Antes de 1993, logo após a queimada, nos finais de 1994 com as pastagens estabelecidas, em 1995 e período imediato as queimadas de Do estudo concluiram que existiam diferenças na quantidade de biomassa e na resposta do fogo associado à mudanças de cobertura de terra nas floresta sempre verde comparadas com as florestas secas com variação de biomassa na ordem de e ton/ha respectivamente. Por sua vez o fogo nas florestas secas convertidas em terra de pastagem no México resultaram em perdas anuais de biomassa acima do solo de 23 a 35 ton/ha provocando um declínio de 87 a 94%. Um outro estudo foi conduzido por Santos et al (2006), na região de Tapajós (Estado de Pará, Brasil), entre as coordenadas W 54 o o 06 e S 3 o 03 3 o 12, para obter dados interferométricos de SAR aerotransportado, em bandas X e P sobre a floresta tropical primária e áreas de sucessão secundária. Foram estabelecidas parcelas de 2500 e 1000 m 2 e no campo além de pontos observacionais, nas parcelas foi medido o DAP 5cm, altura total das árvores incluindo a identificação botânica. Numa relação linearizada simples entre biomassa e altura interferométrica (h int ), o coeficiente de determinação foi R 2 =0.77 cujo valor foi acrescido, segundo Neef et al. (in press), para com a inserção simultânia da variável backscatter σ HH na modelagem. O modelo 21

27 de biomassa foi estabelecido para a floresta primária e para a sucessão secundária segundo o qual obteve-se biomassa de 350 e 5 ton/ha respectivamente. 5. Estudos de biomassa florestal na região Chidumayo (1994), classificou a vegetação Zambiana em cinco tipos: floresta sempre verde, miombo húmido, miombo seco central/oriental, miombo ocidental seco e mopane/munga para determinar a biomassa das folhas e da parte lenhosa. Usando o método destruitivo extraíu medidas de diametro médio e altura para o cálculo do volume sólido, diâmetro à altura do peito (DAP) para a obtenção da área basal. Contudo referiu que somente dados de volume e de área basal não podiam ser usados para determinar a biomassa total da planta que é composta por raizes, fuste, ramos e folhas. Equações de biomassa ou tabelas podiam ser desenvolvidas através de amostras das árvores abatidas mas que seria necessário uma equação de volume para cada espécie or grupo de espécies para estimar a biomassa de todas as componentes (folhas, ramos, fuste, e raízes). As equações normalmente baseam-se no DAP como variável independente e as vezes a altura e o diâmetro central podem ser incluídos como ilustram as equações abaixo: B 2 = a b D e B = a + b D H i i + i i i i Onde Bi é a biomassa das componentes da árvore, D é o diâmetro à altura do peito, H é a altura e a e b são os coeficientes de regressão. Segundo Chidumayo (1994), em sítios não perturbados num período de 21 anos a madeira teve 60% da biomassa total acima do solo. Isto fornece uma biomassa total acima do solo de 69,7 ton/ha nos sítios onde a biomassa das raízes foi medida. Nesta base, a biomassa das raízes compreende 32% da biomassa total de um povoamento com 102 ton/ha. Num outro estudo efetuado por este autor na Zâmbia no mesmo ano, encontrou biomassa mais elevada na floresta sempre verde de 187 ton/ha e mais baixa em mopane de 45 ton/ha. 22

28 Um outro estudo foi realizado na Zâmbia para estimar a biomassa da parte lenhosa por Campbell (1996), no qual referiu que existia pouca informação sobre a quantidade de biomassa abaixo do solo, pois as espécies do miombo têm um sistema vertical e horizontal de raízes extensas cuja distância lateral máxima registada foi de 27 m para Julbernardia globiflora e 15 m para Brachystegia longifolia, B. spiciformis e Julbernardia paniculata. As raízes ramificadas destas espécies podem exceder 5 m nos solos profundos e escavar raízes é muito difícil e trabalhoso. A biomassa no centro da Zâmbia em povoamentos maduros teve como média 32,7 ton/ha. O mesmo autor usou equações alométricas para estimar a biomassa lenhosa total de 106 ton/ha no miombo maduro situado no centro da Zâmbia, 67,2 ton/ha (63%) do que é acima do solo e 38,8 ton/ha (37%) abaixo do solo. Para o miombo seco na Zâmbia a biomassa média das raízes foi 35% da biomassa total ou 53 % da biomassa acima do solo. Em contraste, no miombo seco perturbado no centro da Tanzânia, a biomassa das raízes aparentemente representa 20% da biomassa total de 33 ton/ha, valor que parece baixo. Para o miombo húmido reporta-se 35 ton/ha para biomassa abaixo do solo num sítio de Zaire com uma biomassa acima do solo de 144 ton/ha. Isto também é apenas 20% da biomassa total, mas que poderá reflectir a existência de poucas raízes Tabela 2. Biomassa florestal em diferentes formações florestais na região da África Austral Tipo de vegetação/ floresta Biomassa (ton/ha) Referência Floresta sempre verde (Zâmbia) acima do solo 187 Chidumayo (1994) Mopane (Zâmbia) acima do solo 45 Chidumayo (1994) Miombo maduro(zâmbia) acima do solo 67.2 Campbell (1996) Miombo maduro(zâmbia) raízes 38.8 Miombo húmido(zaire) raízes 35 Miombo húmido(zaire) acima do solo 144 Savana ( África do Sul) acima do solo MINAG (1990) 23

29 6. Estudos de biomassa florestal em Moçambique Foi realizado um inventário florestal no período de que se baseou na interpretação de imagens satélite Land Sat MSS a cores produzidas no período de que cobriam o país inteiro e fotografias a preto e branco cuja finalidade era de elaborar mapas dos tipos florestais na escala de 1: Segundo Saket (1994), a vegetação foi classificada em floresta alta, floresta baixa, matagal, pradaria, mangal, vegetação das dunas e agricultura. Neste inventário foram estabelecidas parcelas de 10x500 m apenas para a vegetação composta por madeira comercial. Foi usada a mesma classificação dos tipos florestais do inventário de 1980 (Malleux 1980). Porém teve-se em conta o critério fisionômico e estrutural dos povoamentos tais como a altura, a percentagem de cobertura das copas e o número de estratos. O inventário florestal nacional realizado em 1980 (Malleux 1980), comportou as seguintes fases: revisão bibliográfica, reconhecimento preparatório do campo, treino de pessoal nacional, interpretação de imagens satélites e de fotografias aéreas, preparação do mapa base, transferência dos detalhes de interpretação para um mapa base, preparação de um mapa preliminar dos tipos florestais e uso de terra, control da interpretação no terreno, preparação dos mapas corrigidos dos tipos florestais, preparação do mapa final, medição da área usando o planímetro polar, cálculo da área, impressão do mapa, problemas na interpretação dos mapas e avaliação das mudanças. O relatório final não inclui nenhuma avaliação da biomassa lenhosa, limitando-se a apresentar informação dos volumes de madeira e tipos florestais entre outras variáveis geralmente medidas no inventário florestal clássico. De acordo com Banze et al. (1993), foi também realizado um inventário de levantamento de dados de biomassa florestal na região dos Corredores de Maputo, Beira e Nacala. Para este inventário a vegetação em quatro classes nomeadamente: vegetação composta por árvores de grande porte, arbustos e/ou matagal, mangais e áreas de regeneração. Para 24

30 cada uma das classes foi estabelecida uma técnica diferente de amostragem consoante o tipo de dados requeridos. Dentro da vegetação composta por árvores grandes foram estabelecidas parcelas de 20x250 m (5000 m 2 ) extraíram-se medidas de todas as árvores com diâmetro superior ou igual a 10 cm (DAP, altura total, qualidade de fuste e identificação da espécie). Nas áreas de mangais com altura superior a 2 m estabeleceram parcelas de 20x20 m (400 m 2 ) e nas áreas de regeneração amostras de 9 m 2. Para o substrato lenhoso com diâmetro inferior a 10 cm (matagais e vegetação composta por arbustos usaram clusters em transectos perpendiculares. Em cada área da amostra estabeleceram 9 talhões de 1 m 2 em duas linhas perpendiculares alocadas de 5 em 5 m e mediu-se a percentagem de cobertura das copas e a altura mádia da vegetação. Para amostragem foram abatidas duas árvores esclhidas aleatoriamente na vegetação de árvores grandes e em cada cluster escolheram 1 talhão de 1 m 2 também para o corte e pasagem. O resultado deste estudo foi o mapa de distribuicao da biomassa na região dos corredores de Maputo, Beira e Nacala na escala de 1: Adicionalmente, o estudo reporta as quantidades de biomassa lenhosa em pe por tipo de vegetacao na área de estudo. Entretanto, não apresentam as funções alométricas nem os detalhes de cálculo que permitiram a construção dos mapas. Devido à alta dinâmica de mudança de uso e cobertura florestal na região dos corredores reportados naquele estudo, acredita-se que a informação contida naqueles mapas tenha ficado modificada de maneira significativa. A sua actualização poderia ser possível utilizando métodos indirectos caso a informação de base para a elaboração do mapa estivesse disponível. Sitoe et al. (2001), fizeram um estudo de biomassa por espécie em Manica distrito de Bárué. Escolheram a Brachystegia spiciformis uma espécie comum nas florestas abertas de Moçambique que pode constituir até 90% de volume total de espécies madereiras citando (Campbell 1996). Para a selecção da espécie de estudo marcaram 10 parcelas temporárias de 20x20 m separadas 20 m cada uma em dois transectos. Das 10 parcelas, cinco foram estabelecidas na orientação Norte-Sul e as outras cinco na orientação Este- Oeste de modo que os transectos cruzem na parcela central. Dentro da parcela identificaram-se as espécies e mediram-se os DAP de todas as árvores com DAP >10cm. O povoamento foi dividido em três classes: árvores grandes com 40<DAP>30cm, medias 25

31 e pequenas definiram-se como classes de 20-30cm e cm respectivamente. Para cada classe foram abatidas quarto árvores, foram seccionadas e extraíu-se o peso das mesmas. Segundo Sitoe et al. (2001), no estudo de biomassa por espécie foi feita a colheita de amostras de tronco e ramos de 35 cm e de folhas com peso verde de 500 g escolhido aleatoriamente. Todas as amostras foram conservadas em sacos plásticos para minimizar as perdas de humidade e devidamente enumeradas para a sua posterior identificação. No laboratório as amostras de troncos e ramos foram utilizadas para produzir corpos de prova de tamanho 25x25x100 mm que posteriormente foram secados na estufa a 85 o C até peso constante. As folhas foram colocadas em sacos de papel e secadas na estufa à temperatura referida. O mesmo método de selecção das amostras com base nas classes de diâmetro foi usado por (Tchaúque, 2004), para estimar a biomassa por tipo de vegetação onde considerou árvores grandes aquelas com DAP>30 cm, medias 30<DAP>20 cm e pequenas 20<DAP>5 cm. As amostras foram também introduzidas na estufa a 85 o C até manter o peso constante. O estudo resultou numa equação alométrica de tipo polinomial quadrática que relaciona o peso total da árvore acima do solo (Pt) e o dap: Pt= *dap+ 0.91*dap 2 (N=12, R 2 =0.94, P<0.0001) Devido à pequena amostra utilizada neste estudo (N=12 árvores), não é possivel utilizar as funcões para estudos de grande importância, mas foi possível estimar, através da informação das parcelas temporárias medidas, a biomassa média (ton/ha) constituida pela Brachystegia spiciformis na área de estudo. Um outro estudo de biomassa lenhosa aérea segundo (Tchaúque, 2004) foi realizado no corredor da Beira onde foram escolhidos 4 distritos com base na divisão administrativa: Dondo, Nhamatanda, Gondola e Manica. Observando imagens satelite e mapas de uso e cobertura de terra de 1997 à escala de 1: foram identificadas cinco formações com maior destaque: Floresta de baixa altitude aberta, floresta sempre verde, moita, matagal aberto e formação herbácea arborizada. Neste estudo estabeleceram-se 27 26

32 parcelas de 20x20 m nas quais foram medidas e abatidas 290 árvores com dap 5 cm. Destas árvores, foram medidas o comprimento total, comprimento dos toros seccionados, o diâmetro da base e peso do material verde. O tamanho das árvores de amostra (DAP) variou de 5 a 45 cm. Tendo os dados de campo e de laboratório determinou-se o conteúdo de humidade das amostras, o peso seco, a biomassa media por hectare, a biomassa total por tipo de vegetação usando equações alométricas e foram construídas equações de regressão que relaccionam o DAP e volume, DAP e o peso seco dos troncos, DAP e o peso seco total da árvore e o volume e o peso seco total da árvore (Tchaúque, 2004). O resultado deste estudo revela uma função alométrica de tipo polinomial quadrática: Pstotal(kg)= dap dap 2 N= 290 R 2 = 0.78, P<0,0001 Com base nesta informação, foi possível estimar a biomassa média por tipo de cobertura vegetal (segundo a classificacao de CENACARTA 1997) a qual pode ser utilizadas para as condições da região do corredor da Beira (ver Tabela 3). Tabela 3. Biomassa por tipo de vegetação na região do Corredor da Beira (Tchaúque 2004) Tipo de vegetação/cobertura Formação herbácea arborizada 19,96 Matagal 28,87 Floresta de baixa altitude fechada 26,34 Moita 17,10 Floresta de baixa altitude aberta 64,19 Biomassa (ton/ha) 7. Avaliação da biomassa florestal no contexto da AIFM No contexto da AIFM a biomassa florestal pode ser avaliada usando os dois métodos: directos e indirectos. Com o método directo irá se extrair dados de DAP e altura 27