BALANÇO DE RADIAÇÃO NO INTERIOR DE UMA FLORESTA ESTACIONAL SEMIDECIDUAL SECUNDÁRIA NO DOMÍNO DA MATA ATLÂNTICA

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1 BALANÇO DE RADIAÇÃO NO INTERIOR DE UMA FLORESTA ESTACIONAL SEMIDECIDUAL SECUNDÁRIA NO DOMÍNO DA MATA ATLÂNTICA José Eduardo Macedo Pezzopane Departamento de Engenharia Rural UFES Caixa Postal 16, Alegre-ES, Geraldo Gonçalves dos Reis Departamento de Engenharia Florestal UFV Campus Universitário, Viçosa-MG Maria das Graças Ferreira Reis Departamento de Engenharia Florestal UFV Campus Universitário, Viçosa-MG José Maria Nogueira da Costa Departamento de Engenharia Agrícola UFV Campus Universitário, Viçosa-MG Pedro Higuchi Estudante de Engenharia Florestal UFV Campus Universitário, Viçosa-MG ABSTRACT The solar radiation in three sites in a Mata Atlântica forest fragment, in Viçosa-MG, Brazil, was studied to subsidize natural regeneration management. In average, the forest cover reduced the net radiation in 82.4%, the global solar radiation in 81.2%, and the photosynthetically active radiation in 86.2%. However, a spatial and temporal fluctuation of the solar radiation was observed varying aspect, cloudiness, and leaf area index of the forest fragment. INTRODUÇÃO A fragmentação da Mata Atlântica tem comprometido a biodiversidade desse ecossistema, uma vez que a grande maioria desses fragmentos se encontram em estádios avançados de degradação. A recomposição natural desses fragmentos através do processo de sucessão é lenta e requer proteção e manejo. De modo geral, têm sido realizados estudos fitossociológicos, possibilitando o conhecimento da composição florística e da estrutura vertical e horizontal desses fragmentos florestais. Por outro lado, não tem sido realizada a caracterização ambiental dos fragmentos impossibilitando correlações entre características ambientais e a dinâmica de suas espécies, o que dificulta a sua sustentabilidade (SILVA JÚNIOR, 1984; OLIVEIRA FILHO et al., 1994; FERNANDES, 1998). A caracterização da radiação solar dentro do dossel da vegetação em fragmentos florestais é importante como subsídio para compreender o processo de sucessão em floresta secundária. Entretanto, essa caracterização da radiação solar no dossel de uma floresta tropical é complexa, uma vez que existem vários estratos que interceptam essa radiação e condicionam a distribuição vertical da radiação solar e das espécies arbóreas. A Zona da Mata de Minas Gerais se caracteriza por apresentar um relevo acidentado e um mosaico de pequenos fragmentos florestais em áreas de acesso difícil, principalmente em encostas e no topo de morros. Nestas áreas com relevo acidentado, o terreno apresenta diferentes exposições que interferem no estabelecimento e desenvolvimento das florestas em razão de ocorrer modificação da disponibilidade energética em função do movimento aparente do sol. Desta forma, a caracterização da radiação solar em diversas faces do terreno, em sítios de diferentes estádios serais, será importante para o entendimento da dinâmica da sucessão de florestas secundárias, que será relevante para o manejo dos fragmentos florestais. 2

2 O presente estudo teve como objetivo caracterizar o balanço de radiação, a radiação solar global e a radiação solar fotossinteticamente ativa no interior de um fragmento de floresta secundária estacional semidecidual sob o domínio da Mata Atlântica em diferentes condições de cobertura vegetal e exposição. MATERIAL E MÉTODOS O presente estudo foi realizado na Estação Experimental Mata do Paraíso, pertencente ao Departamento de Engenharia Florestal da Universidade Federal de Viçosa, localizada no Município de Viçosa, MG (latitude = 2 o 45 sul, longitude = 42 o 55 oeste e altitude média = 69 m). De acordo com a classificação de Koppën, o clima da região é Cwb, apresentando uma distribuição de precipitação variável ao longo do ano, com verão chuvoso e inverno seco. A área de estudo não tem sofrido exploração de madeira nos últimos 3 anos. Atualmente, é um fragmento contínuo de aproximadamente 2 ha, sendo considerada uma floresta secundária residual, apresentando diversos estádios serais, uma vez que, no passado, houve diferentes graus de intervenções antrópicas, desde a exploração seletiva de espécies nobres, até o corte raso da floresta seguido da queimada dos resíduos, para o estabelecimento de cafezal e pastagem. A caracterização microclimática foi realizada em três locais no interior do fragmento florestal, com declividades semelhantes, mas apresentando diferentes exposições e aberturas de dossel, de acordo com o Quadro 1. Para fins de comparação, todas as medidas microclimáticas foram realizadas ao mesmo tempo, em uma área aberta, com solo exposto, nas imediações do fragmento florestal. Quadro 1- Caracterização da declividade, exposição, posição topográfica e abertura do dossel nos três locais de uma floresta secundária na Estação Experimental Mata do Paraíso, Município de Viçosa, MG. Local A B C Declividade (%) Exposição Nordeste Nordeste Sudoeste Posição topográfica Terço Superior Terço inferior Meia encosta Abertura do dossel * Dossel aberto Dossel fechado Dossel fechado * - análise visual As medidas microclimáticas foram realizadas entre 2 e 26 de setembro de Os sensores foram instalados a um metro de altura, com o objetivo de caracterizar as condições ambientais em que a maioria das plantas se encontram em processo de regeneração natural. O saldo de radiação (Rn) foi medido com radiômetro da marca REBS, modelo Q-7. A radiação solar global (Rs) foi medida com radiômetro modelo LI-2, e a radiação fotossinteticamente ativa (PAR) com sensores pontuais, modelo LI-19, da marca LI-COR. Os radiômetros foram previamente calibrados contra o de aquisição mais recente, com o objetivo de corrigir possíveis alterações no fator de calibração em função do tempo de construção. Na aquisição de dados foram utilizados o datalogger modelo CR1 da marca Campbell, e os dataloggers modelos LI-1 e LI-14, marca LI-COR. Os dataloggers foram programados para leituras a cada cinco segundos, com cálculo de média horária. A estimativa do índice de área foliar (IAF) foi obtida através de dois sensores LI-25, conectados a dataloggers LI-2, marca LI-COR, sendo um dos sensores instalado em área aberta próximo às parcelas experimentais e outro no interior das parcelas. Essas medidas de IAF foram realizadas próximo aos pontos das medições microclimáticas. RESULTADOS E DISCUSSÃO A floresta promoveu uma forte redução do saldo de radiação (82,4 %), da radiação solar global (81,2%) e fotossinteticamente ativa (86,6%), comparando com valores observados em área aberta, como pode ser observado no Quadro 2. Quanto a radiação solar incidente, global e fotossinteticamente ativa, é possível notar que a sua atenuação foi maior quando tomada em relação à radiação na faixa visível do espectro (PAR). Esta atenuação acentuada da PAR ocorre porque o processo de interação entre a radiação solar e as folhas é seletivo, ocorrendo uma alta absorção na faixa espectral da radiação fotossinteticamente ativa e baixa absorção na faixa espectral do infravermelho próximo. Os valores de transmissividade do dossel observados no presente trabalho são ligeiramente superiores aos relatados por JANUÁRIO et al. (1992) e LEITÃO (1994), na floresta Amazônica, e por AYLETT (1985) em florestas na Jamaica. Esses resultados podem ser explicados em razão de um dos locais estudados apresentar dossel aberto associado ao fato de que se trata de uma floresta secundária e, na época do ano em que foi 21

3 realizado o estudo, algumas espécies do estrato superior da floresta apresentaram caducidade, total ou parcial, tornando o dossel da floresta ainda mais permeável à luz. A radiação solar que passa através do dossel da floresta é reduzida à medida que se aumenta a densidade desse dossel. Essa densidade do dossel pode ser expressa pelo índice de área foliar (IAF). No presente estudo, o IAF para os locais A, B e C foram 2,9; 4,1 e 4,2 respectivamente, obtendo-se um IAF médio de 3,7 para a floresta. O local A apresentou menor valor de IAF por tratar-se de uma área que fora bastante explorada no passado, encontrando-se, assim, em estádio sucessional menos avançado, tendo sido observado o predomínio de espécies pioneiras e secundárias iniciais. Também, neste local, parece existir um número substancial de espécies que perdem as folhas no período seco e frio do ano, tornando o dossel da floresta bastante permeável. Uma análise mais detalhada do Quadro 2 mostra que os valores médios de Rn, Rs e PAR foram diferentes entre os locais estudados no interior da floresta. Essa diferença pode ser notada mais nitidamente, principalmente, quando se comparam o local A, dossel mais aberto, com os locais B e C, dossel mais fechado, que apresentaram uma maior atenuação das variáveis estudadas (Quadro 3). Esta resposta pode ser explicada pelo menor índice de área foliar que proporcionou uma maior penetração da radiação solar ao longo do dossel da floresta. Quadro 2 Valores médios de saldo de radiação (Rn), radiação solar global (Rs) e radiação fotossinteticamente ativa (PAR) observados no exterior e interior de uma floresta secundária, a um metro de altura, no período de 2 e 26 de setembro de 1999, em Viçosa-MG. Interior Exterior Local A Local B Local C Média Rn (MJ.m -2.dia -1 ) 7,4 2,2 1,,7 1,3 Rs (MJ.m -2.dia -1 ) 17, 5,9 1,8 1,8 3,2 PAR (mol.m -2.dia -1 ) 3,6 8,4 2,1 1,7 4,1 O saldo de radiação dentro e fora da floresta, ao longo de um dia com céu limpo (Figura 1a) e de outro completamente nublado (Figura 1b), variou substancialmente. A curva do saldo de radiação no exterior da floresta exibiu um padrão típico daquele observado em superfícies que se encontram a céu aberto. O valor máximo do saldo de radiação, ao meio dia, foi de 49 W.m -2. À noite, o saldo foi negativo, resultado do balanço negativo entre a radiação emitida pela superfície (radiação terrestre) e a contra-radiação (radiação atmosférica). No interior da floresta, o total de energia acumulada é mais reduzido durante o dia em resposta ao efeito de proteção auferido pelo seu dossel mas, em compensação, no período noturno, a perda é menor devido as trocas radiativas, atingindo valores quase nulos. Este ambiente criado nestas condições é importante para a formação de um microclima ideal para o estabelecimento inicial das plantas em regeneração natural no fragmento. Quadro 3 Atenuação do saldo de radiação (Rn), radiação solar global (Rs) e radiação fotossinteticamente ativa (PAR) observada em uma floresta secundária, a um metro de altura, no período de 2 e 26 de setembro de 1999, em Viçosa-MG. Local A B C Rn (%) 7,2 86,5 9,5 Rs (%) 65,3 89,4 89,4 PAR (%) 72,5 93,1 94,4 É interessante observar que em dia sem de nuvens (Figura 1a) ocorrem picos de radiação nos locais A e B em alguns horários do dia, o mesmo não ocorrendo no local C, que apresenta baixos valores de Rn ao longo de todo o dia. A diferença entre os locais B e C, que apresentam valores de IAF similares, é devido a exposição das encostas nestes dois locais, pois, nesta época do ano, a disponibilidade energética é maior nas encostas voltadas para o norte, em razão do movimento aparente do sol. Em dia nublado (Figura 1b), os três locais no interior da floresta apresentaram respostas semelhantes do saldo de radiação, uma vez que só ocorre a incidência de radiação difusa, que tem característica multi-direcional e de baixa energia, impossibilitando a ocorrência de picos, acentuados como os observados na Figura 1a. No estudo envolvendo a interação entre radiação solar e a planta, é interessante analisar detalhadamente alguns componentes do balanço de radiação devido a sua influência sobre o processo de fixação de carbono pela planta. A Figura 2 ilustra o comportamento da radiação solar global (Rs) e da fotossinteticamente ativa (PAR), em dia claro e em dia nublado (os mesmos dias representados na Figura 1). No dia sem nuvens (Figura 2a), os locais A 22

4 6 (a 5 4 Rn (W.m -2 ) (b 5 4 Rn (W.m -2 ) Exterior Local A Local B Local C Figura 1 Valores médios horários de saldo de radiação (Rn) observados em dia claro (a) e em dia nublado (b) de setembro de 1999, no exterior (céu aberto) e em três locais (A, B e C) no interior de uma floresta secundária, a um metro de altura, em Viçosa-MG. 23

5 (a 1 18 Rs (W.m -2 ) PAR (1-6 mol.m -2.s -1 ) (b 1 18 Rs (W.m -2 ) PAR (1-6 mol.m -2.s -1 ) Exterior Local A Local B Local C Figura 2 Valores médios horários de radiação solar global (Rs) e fotossinteticamente ativa (PAR) observados em dia claro (a) e em dia nublado (b) de setembro de 1999, no exterior (céu aberto) e em três locais (A, B e C) no interior de uma floresta secundária, a um metro de altura, em Viçosa-MG. 24

6 e B apresentam picos de radiação incidente em alguns horários do dia. É interessante notar que os horários de ocorrências desses picos são diferentes, entre os dois locais, justamente devido a diferenças de estrutura de dossel que possibilitam a maior penetração da radiação solar, resultando, nesse dia, em PAR total igual a 1,7; 3,5 e 1,3 mol.m -2.dia -1, nos locais A, B e C, respectivamente. No dia nublado (Figura 2), devido a ocorrência exclusiva de radiação difusa, o comportamento foi semelhante nos três locais. Do ponto de vista ecofisiológico, a diferença nos valores de PAR é de extrema importância, uma vez que, pois esta pode condicionar um ganho maior ou menor de carbono pelas plantas em processo de regeneração. Por se tratar de ambiente com pouca disponibilidade de luz, aquelas plantas mais eficientes na interceptação da radiação deverão apresentar sucesso no estabelecimento nesse sítio. Como os resultados mostraram comportamento diferente da radiação solar no interior da floresta em função da nebulosidade, foi estabelecida uma relação linear correlacionando a radiação solar fotossinteticamente ativa (PAR) fora e dentro de cada um dos locais estudados, como mostra a Figura 3. No local A (encosta com orientação nordeste e baixo IAF), a reta apresenta forte inclinação, ou seja, a disponibilidade energética será mais elevada em dias claros. A mesma tendência é percebida no local B (encosta com orientação nordeste e alto IAF), entretanto, a inclinação da reta é bem menor, devido ao alto IAF. Para o local C (encosta com orientação sudeste e alto IAF), a ausência de inclinação da reta indica que dias sem a presença de nuvens não contribuem para um aumento da PAR. Esse estudo sobre radiação solar no interior de uma floresta secundária, possibilita compreender sua influência na dinâmica de sucessão, indicando que deve ser considerada uma flutuação espacial da disponibilidade energética em função de variações do estádio de sucessão e exposição do terreno, uma vez que apresentam, inclusive, comportamento diferenciado em função da condição atmosférica. PAR - floresta (mol.m -2.dia -1 ) PAR - exterior (mol.m -2.dia -1 ) Local A Local B Local C Figura 3 Radiação solar fotossinteticamente ativa (PAR) observada em três locais (A, B e C) no interior de uma floresta secundária, em função dos valores observados no exterior, no período de 2 e 26 de setembro de 1999, em Viçosa,MG. 25

7 CONCLUSÕES Os resultados do presente estudo permitem concluir que o saldo de radiação, a radiação solar global e a radiação fotossinteticamente ativa são significativamente atenuados pelo dossel da floresta, sendo, essa atenuação, função do índice de área foliar, da orientação da encosta e das condições atmosféricas locais. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AYLETT, G.P. Irradiance interception, leaf conductance and photosynthesis in Jamaica upper montane rain forest trees. Photosynthesis, v. 19, p , FERNANDES, H.A.C. Dinâmica e distribuição de espécies arbóreas em uma floresta secundária no domínio da Mata Atlântica. Viçosa, p. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal de Viçosa. JANUÁRIO, M., VISWANADHAM, Y., SENNA, R.C. Radiação solar total dentro e fora de floresta tropical úmida de terra firme (Tucuruí, Pará). Acta Amazonica, v. 22, p , LEITÃO, M.M.V.B.R. Balanço de radiação em três ecossistemas da floresta amazônica: campina, campinarana e mata densa. São José dos Campos, p. Tese (Doutorado), Instituto Nacional de Pesquisa Espaciais. OLIVEIRA-FILHO, A.T., VILELA, E.A., CARVALHO, D.A. et al. Effects of soil and topography on distribution of tree species in a tropical riverine forest in South-Eastern Brazil. Journal of Tropical Ecology, v. 1, p , SILVA JUNIOR, M.C. Composição florística, estrutura e parâmetros fitossociológicos do cerrado e sua relação com o solo na Estação Florestal de Experimentação de Paraopeba, MG. Viçosa, p. Dissertação (Mestrado), Universidade Federal de Viçosa. 26