Seminário sobre o Setor Florestal e de Celulose no Brasil

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1 Seminário sobre o Setor Florestal e de Celulose no Brasil Pesquisa dos Fatores Determinantes da Produtividade Florestal 05 de maio de 2005 / São Paulo - SP APRESENTADO POR: José Luiz Stape APOIOS:

2 Pesquisa dos Fatores Determinantes da Produtividade Florestal José Luiz Stape Ciências Florestais ESALQ/USP Seminário Perspectivas P & D - ABTCP Maio de 2005 São Paulo - SP

3 Contexto Brasileiro milhões ha Eucalyptus - Aumento da Produtividade: : 4 x Rotacoes Curtas e Experimentos Visando Volume Modelos de Produção: Índice de Sítio 4 anos m 3 ha -1 ano -1 Ou extremos Atual m 3 ha m 3 ha -1-1 ano ano -1-1

4 Curta Longa Escala Temporal Abordagem Empírica Restringe Extrapolações entre Escalas Espacial e Temporal: - Mudancas Ambientais e de Manejo entre Rotações - Sustentabilidade e Uso de Recursos - Ciclos Globais: Atmosfera, Litosfera, Hidrosfera Escala Espatial Pequena Grande Recursos Madeira Ciclos Globais Sustentabilidade Abordar tais Tópicos: Ecologia da Produção Modelos Processuais

5 Eucalyptus Produtividade Primaria Liquida (g C m -2 yr -1 ) Brasil Ecossistemas Mundiais Florestas Savanas Campos Schimel et al Evapotranspiracao (mm ano -1 )

6 Porquê conhecer a Produtividade Potential? Saber a distância da real para potential Identificar as restrições Estabelecer estratégias para minimizá-las Otimizar o uso de recursos Aumentar a lucratividade do sistema Aumentar a sustentabilidade florestal?

7 Uso e Eficiência do Uso de Recursos Naturais em Florestas Plantadas (CNPq Copener) Chuva Azul = Umido Amarelo = Seco

8 IMA e ICA: Chuva = Fator Dominante + 5 m 3 ha -1 a -1 para mm a -1 Raiz:Aérea Razão Decresce com Produtividade MAI (Mg ha -1 yr -1 ) MAI = Rainfall r 2 = 0.80, P < Rainfall (mm yr -1 ) Root:Aboveground Ratio (R:A) R:A = SI 0.05 r 2 = 0.55, P = Site Index (m, at age 5) 7

9 ANPP e Uso de Recursos Naturais ANPP (Mg ha yr ) ) r 2 = Nitrogen Light Water Use Use (TJ(mm (kg ha -1 ha yr yr -1-1 ))

10 Eficiência-Uso Uso-Recursos: Défict de Pressao de Vapor (VPD) e Chuva Inversamente Relacionados Eficiência do Uso da Água (WUE) = f (1/ VPD) Vapor Pressure Deficit (kpa) VPD = / Rainfall r 2 = 0.72, P < Rainfall (mm yr -1 ) 7 12 WUE ( kg m -3 ) r 2 = 0.33, P = average VPD (kpa)

11 LUE (g MJ -1 ), WUE (kg m -3 ) Eficiência do Uso de Recursos Vapor Pressure Deficit (kpa) WUE ( kg m -3 ) NUE r 2 = 0.34 (P = 0.02) VPD = 0.95 r 2 + = , / P Rainfall = 0.03 r 2 = 0.72, P < 0.001WUE LUE r 2 = 0.46 (P < ) average VPD (kpa) Rainfall (mm yr -1 ) Rainfall (mm yr -1 ) r 2 = 0.37 (P = 0.02) NUE (kg kg -1 )

12 Para Produzir 2 milhões m³ Madeira (Ciclo de 6 anos) Terra Água N Sítio Recurso C Raiz Grossa 800 mm 24 m³/ha/ano ha 629 milhões m³ t N 18 t/ha 1600 mm 48 m³/ha/ano ha 311 milhões m³ t N 27 t/ha

13 O que é Produtividade Potencial (Lenho)? A máxima taxa que um dado genótipo, num dado sitio, consegue fixar C, no lenho

14 Produtividade (Madeira) Potential Potencial Fatores Definidores: Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação Produtividade Attainable Atingível Medidas de Produção Fatores Limitantes Água, Nutrientes, Solo Real Actual Medidas de Proteção Fatores Redutores: Ervas, Pragas, Doenças, Fogo (m3/ha/ano)

15 Produtividade (Madeira) Potential Potencial Fatores Definidores: Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação Produtividade Atingivel Atingível Medidas de Produção Fatores Limitantes Água, Nutrientes, Solo Real Actual Medidas de Proteção Fatores Redutores: Ervas, Pragas, Doenças, Fogo (m3/ha/ano)

16 Produtividade (Madeira) Potential Potencial Fatores Definidores: Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação Produtividade Atingivel Atingível Medidas de Produção Fatores Limitantes Água, Nutrientes, Solo Real Real Medidas de Proteção Fatores Redutores: Ervas, Pragas, Doenças, Fogo (m3/ha/ano)

17 Produção num contexto Ecológico? Genética Água, Nutrientes, Luz, Temperatura

18 Rainfall (mm yr -1 ) Alta variabilidade climática regional Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Year < 100 mm month mm month -1 > 200 mm month -1

19 Alta variabilidade edáfica regional Oxisol Ultisol CEC = 20 to 40 mmol c dm -3 K = 4 to 15 ppm CEC = 30 to 60 mmol c dm -3 K = 8 to 30 ppm

20 Madeira = Fração da PPB Madeira Potencial Outros FatoresDefinidores: Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação Resp. Produtividade Real Atingível Medidas de Produção Medidas de Proteção FatoresLimitantes Água, Nutrientes, Solo Madeira 20 a 30% da PPB FatoresRedutores: Ervas, Pragas, Doenças, Fogo (Produtividade Primaria Bruta) (m3/ha/ano)

21 Como abordar a Produtividade Potential? Teórica Produção de lenho num balanço de C Testar modelos ecofisiológicos Operacional Identificar rapidamente a distância Validar e usar modelos

22 Teorica: : Os Processos Ecofisiológicos

23 Efeitos da Manipulação de Água e Nutrientes na Produção e Alocação de Carbono em Eucalyptus Objetivos: Obter Balanço Completo de C por 2 Anos Identificar Controles Sobre Prod. Primária Bruta (GPP) Avaliar os Padrões de Alocação de C (Aérea( e Raiz) Colocar Producao de Lenho num Contexto Ecologico

24 Sítio e Delineamento Fatorial 2 x 2 4 blocos Latossolo txt média (14% argila) Parcelas de 900 m² 2º Ciclo Florestal (1º = 23 m³ ha -1 ano -1 )

25 E. grandis x urophylla Clone a 5.5 anos

26 Fertilização: Controle x Alta Água: Chuva x Irrigação

27 Trincheiras

28 GPP : Produtividade Primária Bruta GPP NPP Folhas NPP Madeira Respiração Folhas Respiração Madeiras Produção Raiz + Respiração + Exudatos + Micorrizas

29 GPP = ANPP + Rp + TBCA ANPP : Medicoes Diretas por Parcela NPP Madeira NPP Folhas

30 GPP = ANPP + Rp + TBCA Rp : Equacoes de Respiracao (Giardina & Ryan 2002) Respiração Madeira Respiração Folhas

31 Equações Respiração (Giardina & Ryan 2002) E. saligna - Hawaii Construçã ção Madeira (WCR) WCR = ( (AWC/1000)) WNPP Manutençã ção Madeira (WMR) WMR = ( (5500/1000)). (AWC/1000). 30 Construçã ção Folhas (FCR) FCR = FNPP Manutençã ção Folhas (FMR) FMR = [NCAN. (1/14) ]

32 GPP = ANPP + Rp + TBCA TBCA = F S F A + C C (Nadelhoffer( and Raich 1990) F S Folhedo (F A ) C

33 F S Variação = In Out F A TBCA ρc = TBCA + F A - F S C T C R C L C S ρc S + ρc R + ρc L + ρc T = TBCA + F A - F S TBCA = F S - F A + ρc S + ρc R + ρc L + ρc T

34 GPP = APAR. α*. f W. f N.f D Uso Eficiência de Uso APAR = Luz Fotossinteticamente Ativa Interceptada α* = Máxima Eficiência Quântica da Copa fi: Restrições à Fotossíntese: - água no solo (fw), fertilidade (fn), VPD (fd) α aparente = α*. fi

35 GPP = APAR. α*. f W. f N.f D Tratamento Controle Irrigado Fertilizado Irrig e Fert. Restricao f D.f W.f N f D.f N f D.f W f D

36 Resultados: Clima (Ano Chuvoso e Normal) Rainfall (mm) Irrigation (mm) PAR Temp mm 1207 mm I = 2150 mm Wet Year Normal Year PAR (MJ m -2 day -1 ) Temperature (ºC)

37 Resultados: Clima (Ano Chuvoso e Normal) Available Soil Water (mm) Rainfed Irrigated Wet Year Normal Year Vapor Pressure Deficit (kpa)

38 4 anos Sem Efeito de Fertilização Fertilização de Plantio Efeito da Irrigação Maior Índice Área Foliar Maior Produção Madeira

39 Efeito da Irrigação LAI (m 2 m -2 ) Rainfed Irrigated Wood Biomass (Mg ha -1 ) Age (years) Age (years)

40 Nao Irrigado Irrigado Em 2 anos + 50% a Producao de Madeira

41 GPP = APAR. α*. f D. f W. f N α amplitude = to mol C mol photon -1 Ano Chuvoso: Efeito Umidade do Solo + 18% α Ano Normal: Efeito Umidade do Solo + 14% APAR + 63% α Ano Chuvoso x Normal: Efeito VPD + 2% APAR + 35% α GPP (kg C m -2 yr -1 ) % 36% 83% Rainfed Irrigated Wet Year Normal Year

42 Alocação (Média dos 2 anos) kg C m -2 yr GPP = %GPP 34% 28% Rp FNPP WNPP TBCA Efeito Irrigacao: + 38% GPP Aumento TBCA Decréscimo da Fração do GPP Alocada para Raiz + 48% ANPP = + 32% α + 8% Alocação + 7% APAR Rainfed Irrigated

43 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

44 Não Irrigado GPP 4.8 kgc m -2 a -1 3% NPP Folhas Respiração Folhas 17% 29% NPP Madeira Respiração Madeiras 17% 34% Produção Raiz + Respiração + Exudatos + Micorrizas Stape, 2002

45 Irrigado GPP 6.7 kgc m -2 a -1 3% NPP Folhas Respiração Folhas 19% 32% NPP Madeira Respiração Madeiras 18% 28% Produção Raiz + Respiração + Exudatos + Micorrizas

46 Rede Experimental BEPP Brasil Eucalyptus Produtividade Potential

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48 BEPP, em média: m Fert = + 3% (ns) Agua = + 29% ** Fert/Agua = + 38% ** Adequada fertilização Alta influência das chuvas no IMA

49 E.grandis

50 E.grandis Clone

51 Eucalyptus S. Africa Genetico 20% Silvicultura 80% Pallett and Sale 2004

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53 Próximas Etapas: Crescimento e Eficiência / Árvore

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55 24 months

56 Em média: m TN UH = - 12% FI UH = - 11% Alta influência da uniformidade de plantio na produtividade

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61 p Origem da água usada ETR cm ETR cm ETR15-50 cm ETR 0-15 cm Rainfall event Rainfall event Rainfall event ETR (mm / dia) /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

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66 Veracell Daily Sapflow TNU n = 9 FIU n = 10 Sapflux (cm 3 h- -1 cm -2 swa) Day

67 Conclusões A produtividade (madeira)) é apenas uma fração (20 a 25%) do Balaço total de C de uma floresta; Balanço de C sensível ao suprimento hídrico: - Eficiência quântica da copa (α) - Uso da Luz (APAR) - Padrão de Alocação de C (TBCA:GPP) A dominância entre-plantas desempenha papel importante na produtividade O Uso a Eficiência de Uso de resursos naturias aumenta com a produtivdade

68 Obrigado