OSVALDO NAVEGANTE CÂNCIO QUALIDADE DA MADEIRA DE EUCALIPTO PARA PRODUÇÃO DE CELULOSE E SUA INFLUÊNCIA NA FORMAÇÃO DE FLORESTAS INDUSTRIAIS

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1 OSVALDO NAVEGANTE CÂNCIO QUALIDADE DA MADEIRA DE EUCALIPTO PARA PRODUÇÃO DE CELULOSE E SUA INFLUÊNCIA NA FORMAÇÃO DE FLORESTAS INDUSTRIAIS VIÇOSA MINAS GERAIS - BRASIL 2003

2 OSVALDO NAVEGANTE CÂNCIO QUALIDADE DA MADEIRA DE EUCALIPTO PARA PRODUÇÃO DE CELULOSE E SUA INFLUÊNCIA NA FORMAÇÃO DE FLORESTAS INDUSTRIAIS Monografia apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Curso de Mestrado Lato Senso em Tecnologia de Celulose e Papel. VIÇOSA MINAS GERAIS - BRASIL 2003

3 OSVALDO NAVEGANTE CÂNCIO QUALIDADE DA MADEIRA DE EUCALIPTO PARA PRODUÇÃO DE CELULOSE E SUA INFLUÊNCIA NA FORMAÇÃO DE FLORESTAS INDUSTRIAIS Monografia apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do curso de Mestrado Lato Senso em Tecnologia de Celulose e papel. APROVADA: 13 de maio de 2003 Jorge Luiz Colodette Prof. Rubens Chaves de Oliveira Prof. José Lívio Gomide (Orientador)

4 Ao Senhor Jesus Cristo, aos meus pais e a Ana. "Pode-se ver as coisas como elas são e perguntar, por quê? Pode-se ver as coisas com elas poderiam ser e perguntar, por que não? Gene Namkoong ( ) iii

5 AGRADECIMENTO A Deus, minha suficiência. Aos meus pais pela dedicação e sacrifícios. À Ana pelo amor e ternura a mim dedicado. À minha professora que me alfabetizou aos 4 anos de idade: minha mãe. Aos professores do Curso de Tecnologia em Celulose e Papel que se enfiaram no mato pra levar à nossa turma essa formação. À Universidade Federal de Viçosa pela viabilização do curso. À JARI CELULOSE S.A. na pessoa de seus diretores, que têm feito da utopia um incentivo à grandes realizações, como esta oportunidade oferecida à seus colaboradores. À gerência de tecnologia da Jarí Celulose pela autorização na utilização das informações. A todos os colaboradores da Coordenadoria de Pesquisa e Desenvolvimento Florestal que em suas rotinas e extras viabilizaram esse momento. À turma do RH da Jarí e do Telecurso que muito trabalharam nessa programação. Aos colaboradores da Jarí Celulose S.A. do passado e do presente que souberam e sabem ser grandes e estão escrevendo a cada dia uma história peculiar. Aos colegas dessa jornada, tanto os ausentes como os presentes até essa conclusão. iv

6 BIOGRAFIA Osvaldo Navegante Câncio, filho de Djalma Navegante Câncio e Maria da Piedade Campos Câncio, nasceu em Belém, PA, em 12 de janeiro de Em setembro de 1987 foi contratado pela Companhia Florestal Monte Dourado para atuar na área de Pesquisa Florestal Em março de 1991 desligou-se da empresa e iniciou o curso de Engenharia Florestal na Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, obtendo o grau de Engenheiro Florestal em Setembro de Em outubro do mesmo ano iniciou o curso de Mestrado em Genética e Melhoramento da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, concluindo em março de Em agosto de 1998 foi contratado para o Cargo de Pesquisador em Genética, Melhoramento e Nutrição Florestal. Em janeiro de 2001 passou a Coordenar o Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Florestal da Jarí Celulose S.A. v

7 ÍNDICE 2.1. O gênero Eucalyptus 5 RESUMO 1 1. INTRODUÇÃO 3 2. REVISÃO DE LITERATURA Qualidade da Madeira Para Produção de Celulose Características químicas Características anatômicas Densidade básica Parâmetros genéticos e correlações entre caracteres Estratégias de melhoramento DISCUSSÃO DE ALGUNS TRABALHOS REALIZADOS EM CONVÊNIO Efeito das características anatômicas e químicas na densidade básica da madeira e na qualidade da polpa de clones híbridos de eucalyptus grandis x urophylla (QUEIROZ, 2002) Avaliação direta e indireta de rendimento depurado e de produção de celulose em clones de eucalipto (ALMEIDA, 2001) 25 vi

8 3.3. Estudo de propriedades da madeira e de fibras de eucalipto (Clark et al., 2002) DISCUSSÕES CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 32 vii

9 RESUMO CÂNCIO, Osvaldo Navegante, M.S., Universidade Federal de Viçosa, maio de Qualidade da madeira de eucalipto para produção de celulose e sua influência na formação de florestas industriais. Orientador: José Lívio Gomide. Conselheiros: Jorge Luiz Colodette e Rubens Chaves de Oliveira. O objetivo desse trabalho é abordar e discutir os possíveis paradigmas que aos poucos vão surgindo em torno da relação matéria prima produto, alguns avanços de conhecimento dos efeitos do manejo florestais sobre a qualidade da madeira, sejam no aspecto de controle do ambiente sobre a formação de madeira ou da tentativa de acumulação de genes favoráveis nas árvores para exercer controle sobre a manifestação de caracteres desejáveis. Após revisar alguns aspectos bastante claros e outros ainda obscuros, da relação qualidade da madeira/produto e baseado em alguns trabalhos, conclui-se para o caso específico do Vale do Jarí, que : a diferenças de densidades na madeira produzida altera a qualidade e produtividade de celulose; a diferença de densidade está associada a fibras com variação de espessura de parede celular e também a o tamanho e freqüência de vasos para a situação específica avaliada; árvores que crescem mais rápido apresentam menor densidade básica, melhores propriedades de resistência das fibras após polpação e melhor rendimento; o programa de P & D deverá focar na confirmação e no entendimento das causas da concentração de lignina nas madeiras da região, sua alteração quantitativa e qualitativa; há á necessidade de se avançar as avaliações da variação de qualidade da madeira ao longo do trono com desdobramentos importantes para apressar e 1

10 baratear o processo de seleção; e a acurada avaliação de características para composição de índice de seleção reduz a ocorrência de viés no ranqueamento de clones. 2

11 1. INTRODUÇÃO Formar florestas para atender a demanda por madeira da indústria de celulose e papel e suas especificações tem sido desafiador para a ciência florestal. Com os avanços significativos da tecnologia de transformação de madeira em uma gama de produtos e suas variações, e com o acúmulo de conhecimento em torno da qualidade da matéria prima e seus desdobramentos nos processos industriais, a engenharia de árvores passa a exercer uma posição determinante. É notório a crescente preocupação do setor com o início da formatação de seus produtos já desde a formação florestal. Diversas investidas têm sido levadas adiante por grupo de pesquisadores, sejam das próprias empresas, de instituições públicas ou mistas, com foco no atendimento de particularidades de matéria prima para uma indústria cada vez mais exigente. Não se cometendo uma impropriedade conceitual, podemos divisar três grandes momentos do foco dos grupos de tecnologia florestal. Num primeiro, um atendimento a demanda em quantidade de madeira a custos não proibitivos e auto-suficientes para manutenção do negócio. Aqui se loca a busca de material e manejo adequado para atendimento dessas premissas. Num segundo momento, a significativa variabilidade nas características da madeira passa a ser entendidas como determinante para o sucesso do processo industrial. Alguns grupos passam a tentar uma uniformização de maneira a evitar a necessidade de grandes ajustes em seus processos. 3

12 Um terceiro momento distinto do segundo ou mesclado a esse, orienta-se na tentativa de controle de qualidade de produto final pelo direcionamento de matéria prima, com características específicas, para utilização final específica. Dessa forma, define-se o objetivo desse trabalho, como uma tentativa de abordar e discutir os possíveis paradigmas que aos poucos vão surgindo em torno da relação matéria prima produto, alguns avanços de conhecimento dos efeitos do manejo florestal sobre a qualidade da matéria prima, sejam no aspecto de controle do ambiente sobre a formação de madeira ou da tentativa de acumulação de genes favoráveis nas árvores para exercer controle sobre a manifestação de caracteres desejáveis. Não há a pretensão de se exaurir a discussão em torno do assunto proposto, mesmo porque a experiência tem ensinado que algumas afirmativas válidas para determinadas condições podem necessitar de reconsiderações para outras, como observaremos na literatura considerada. Para isso adotaremos uma discussão geral em forma de revisão e em seguida abordaremos uma parte da experiência do programa da Jarí Celulose em torno da questão. Nesse caso, discutir-se-á alguns aspectos em torno de três trabalhos específicos produzidos a partir de materiais da empresa. 4

13 2. REVISÃO DE LITERATURA 2.1. O gênero Eucalyptus O gênero Eucalyptus caracteriza-se por ser o grupo de plantas de maior importância e expressividade na atividade florestal brasileira, considerando os maciços florestais plantados. Seu bom desempenho em nosso território deve-se a características peculiares, como: alto grau de variabilidade genética, boa adaptabilidade, grande velocidade de crescimento e bom aproveitamento industrial, principalmente como matéria-prima para celulose e energia. É de ocorrência natural no continente australiano e regiões adjacentes. Possui algumas centenas de espécies, variedades e híbridos, distribuídos por uma diversidade de ambientes. Essa variação ambiental talvez seja a grande causa de sua imensa variabilidade que vai de arbustos nas grandes altitudes e regiões secas, até imensas árvores nas florestas úmidas. Possui características predominantemente alógama, permitindo intenso fluxo gênico e relativa facilidade de cruzamentos entre espécies diferentes, desde que pertençam a um mesmo subgênero (PRYOR e JOHNSON, 1971; BROOKER e KLEINING, 1990). O gênero Eucalyptus foi introduzido no Brasil a partir do início do século XX, devido às características de rápido crescimento e capacidade de adaptação aos reflorestamentos. Algumas das espécies mais empregadas no reflorestamento no país, em seqüência de importância econômica, são o Eucalyptus grandis (Hill) Maiden, Eucalyptus saligna, Eucalyptus urophylla S. T. Blake e o híbrido E. grandis x E. urophylla, denominado E. urograndis. As industrias utilizam a 5

14 madeira de reflorestamento para celulose, papel, chapas duras, carvão, madeira serrada, postes e etc. (FERREIRA, 1992). Graças ao alto grau de diversidade das espécies, os programas de produção de florestas de eucalipto têm conseguido manipular suas características por meio de cruzamentos, hibridações, seleção massal, testes de progênies e procedências, na obtenção de genótipos adaptados, atendendo as mais diversas finalidades e ambientes. A hibridação, particularmente, tem sido uma ferramenta muito utilizada, seja entre espécies ou mesmo entre procedências diferentes, na obtenção de genótipos favoráveis e na expressão de indivíduos altamente heteróticos, para formação, por meio de propagação vegetativa, de povoamentos comerciais de alto rendimento (CASTRO, 1988). Atualmente, a formação de florestas homogêneas de eucalipto via propagação vegetativa (macro, mini ou microestaquia), tem conduzido uma grande parte dos programas florestais à utilização de plantios monoclonais. Esses clones são selecionados em povoamentos com alta diversidade ou em progênies puras ou híbridas, de cruzamentos controlados ou abertos Qualidade da Madeira Para Produção de Celulose Na industria de celulose e papel existem dois aspectos de interesse: produtividade e qualidade de produto. Atualmente, o mais relevante fator econômico das fábricas é a produtividade. Enquanto muito tem se falado sobre qualidade relativamente pouco se sabe sobre o que governa a qualidade de produto e como a qualidade da madeira o afeta. Essa falta de informação é geralmente justificada pela dificuldade e custo para obtenção de informações sobre propriedade da madeira (DOWNES et al, 1997). A produtividade em fábricas de celulose e papel é determinada por três fatores: volume do tronco, densidade da madeira e rendimento de celulose. A produtividade combinada da floresta e da indústria pode ser expressa como toneladas de celulose por hectare por ano. Na Prática essas três variáveis indicam a ordem de importância econômica dos fatores que controlam os custos de produção de celulose Entretanto, existe um crescente interesse em qualidade da 6

15 madeira, sem ainda afetar o preço da matéria prima. Justificado pelo falta de conhecimento suficiente de como as propriedades da madeira e das fibras afetam as qualidades da celulose e papel, e também pelos custos envolvidos na avaliação dos recursos florestais (DOWNES et al, 1997). No processo de produção de celulose, temos basicamente, a degradação e remoção da lignina da madeira, que é a substância que une as fibras, possibilitando a separação e individualização delas. A formação de uma lâmina úmida com as fibras individualizadas e sua posterior secagem, após a adição de algumas substâncias para melhoria da qualidade, resulta na folha de papel (GOMIDE, 1997). Segundo o autor, para a produção de celulose e de papel de alta qualidade, é indispensável que a madeira utilizada apresente características físicas, químicas e anatômicas, compatíveis com o produto final a ser confeccionado. Essas características dependem tanto da espécie como das práticas silviculturais e do manejo dos povoamentos florestais. Segundo MITCHELL (1960): Qualidade de madeira é uma combinação das características físicas, químicas, e anatômicas de uma árvore ou de suas partes que permitem melhor utilização da madeira para um determinado uso. Segundo FOELKEL (1997), das características da madeira o que deve ser considerado em um programa de melhoramento das características de qualidade para celulose são a densidade básica, o teor de lignina total e insolúvel em ácido, o teor de cinzas e o teor de extrativos. Enquanto as características de polpa da celulose são o álcali ativo aplicado, o álcali consumido, o rendimento bruto, o rendimento depurado, o teor de rejeitos, a alvura, a viscosidade, toneladas equivalentes de celulose/dia em função da unidade industrial alvo, toneladas de celulose/1000 m 3 de digestor e os sólidos orgânicos e inorgânicos por toneladas de celulose. Já considerando as características de qualidade da celulose para atender o mercado de papéis de impressão e escrita os caracteres mais importantes são o conteúdo de hemiceluloses na celulose branqueada, o coasseness ou número de fibras por grama de celulose, o teor de vasos e os testes físicos. Já as características de qualidade da celulose para atender o mercado de papeis tissue são o teor de hemiceluloses (expresso como S5 ou teor de 7

16 pentosanas), a energia de refino (expresso pelo número de revoluções do PFI), a resistência à tração, o volume específico da folha e a absorção de água pela folha (absorção klemm, por exemplo). Essas características estão ligadas a parâmetros que possuem controle genético manejável. Contudo, as características que devem ser incluídas nos programas de melhoramento florestal estão vinculadas ao produto final. Tendo-se a definição das propriedades necessárias ao produto e decifrando-se quais características exercem influência sobre esta, é possível se direcionar os esforços. Qualidade da madeira requer uma definição precisa, necessita ser definida em função do uso final, pois diferentes usos determinarão definições diferentes. As propriedades da madeira afetam todo o resultado da produção de celulose kraft, conforme bem estabelecidos em diversos estudos, e a densidade básica e o rendimento de polpa tem sido considerados como variáveis chaves (BORRALHO et al., 1993; BORRALHO et al. 2003). Embora afetando a polpação, a qualidade da madeira não deve ser utilizada como explicação e justificativa única da variabilidade das características da polpa, o processo em si é fator determinante (SALVADOR et al., 2001). FOELKEL et al. (1990) verificaram que diferentes espécies comportam-se distintamente quanto à variação de características da madeira, como densidade básica, índice de runkel e fração parede. Entretanto, quando se trabalha com a mesma espécie de sítios relativamente similares, mesmo com diferentes idades, tais características podem ser usadas como indicadores confiáveis, principalmente pela sua facilidade de determinação. Uma árvore possui uma significativa variabilidade nas características, dependendo da posição do tronco onde está se coletando as amostras, o que sugere uma acurada avaliação estatística para se definir o ponto ideal de coleta. Existe mais variabilidade nas características da madeira dentro de uma mesma árvore do que entre árvores da mesma espécie crescendo no mesmo sítio ou entre árvores da mesma espécie crescendo em sítios diferentes. A maior variabilidade da densidade da madeira ocorre dentro de um anel anual de crescimento, tanto em coníferas quanto em folhosas, devido ao fato do lenho se desenvolver de 8

17 forma diferente durante o ano. O lenho formado em eucalipto durante o período chuvoso tende a apresentar densidades mais baixas do que o lenho formado em períodos mais secos. Da mesma forma, a adubação de um sítio pode trazer um decréscimo na densidade da madeira formada. A origem e a procedência de um clone e as suas condições de crescimento determinam a densidade da madeira ao longo da árvore (ZOBEL e BUIJTENEN, 1995). Segundo FOELKEL (1997), a carência de estudos sobre amostragem para a determinação da qualidade de madeira, pode ser contornada como segue: 1) inventariar o povoamento quanto a diâmetro (DAP) das árvores (usar parcelas de 20 x 20) 2) construir curva de distribuição de freqüências para diâmetro (DAP) e 3) amostrar ao acaso entre 12 e 15 árvores cujos diâmetros sigam distribuição próxima à distribuição da parcela previamente medida. Segundo o autor, para testes clonais, ainda há pouca informação quanto ao número de árvores a ser amostrada, mas o mesmo sugere no mínimo 5 árvores, verificando também a distribuição de diâmetros e procurando escolher árvores próximas à média. FOELKEL (1990) determinou que, para uma boa amostragem para as análises das características de qualidade da madeira, deve-se coletar 2 discos de 2 cm nas seguintes posições: a) na base (cerca de 0,5 m do solo); b) a 25% da altura comercial (H); c) a 50% H; d) a 75% H e e) a100% H. Essa é uma metodologia predominante na coleta de amostras. Métodos não destrutivos de amostragem podem ser empregados, como forma de facilitar e baratear a retirada de amostras. Isso possibilita um imenso incremento na capacidade de amostragem. Porém pode haver implicações quanto a questão da representação do tronco, principalmente de árvores de grande dimensão e também apresenta limitação quando se pretende utilizar as amostras para cozimento (DOWNES et al, 1997). A justificativa da amostragem não destrutiva sustenta-se na crença de que existe um padrão consistente de variabilidade dentro e entre árvores em um dado site, ou entre sites diferentes. Qualquer estimativa de valores para a árvore inteira, de uma amostra não destrutiva, está na dependência de existir um padrão consistente de variação dentro de árvores de uma determinada população. A 9

18 literatura sobre a variação de propriedades da madeira dentro de plantações de eucalipto é limitada, confusa e às vezes, contraditória. O desenvolvimento de tecnologias de análises rápidas é essencial para viabilizar a análise de suficiente número de amostras para gerar mapas de variabilidade para resolver a confusão. Recentemente, a utilização de metodologias de instrumentação automatizada está tornando a rotina de obtenção de grandes quantidades de informação uma realidade, tanto para microestrutura de madeira e polpa, como para composição química e predição e rendimento de celulose (DOWNES et al, 1997) Características químicas A madeira é composta por variadas substâncias químicas orgânicas e inorgânicas. A composição química da madeira apresenta componentes fundamentais que são os polissacarídeos (celulose e hemicelulose) e a lignina, e os acidentais que são os extrativos, minerais, dentre outros (TOMAZELLO FILHO, 1994). Os compostos orgânicos fundamentais são polímeros de alto peso molecular, de difícil isolamento sem modificações em suas estruturas e propriedades e de difícil remoção, que só é possível por meio de solventes e após degradação da estrutura física da madeira (GARCÍA, 1995). WEHR e BARRICHELO (1992), BORRALHO et al. (2003) e Du PLOOY(1980) afirmam que a composição química da madeira é de grande importância para os resultados de polpação, pois ocorre alta correlação entre o teor de holocelulose da madeira e o rendimento em celulose. OLIVEIRA (1990) e GARLET (1994) relatam uma correlação positiva entre o teor de lignina e a densidade básica da madeira, e negativa em relação ao teor de holocelulose para madeira de eucalipto. Contudo, a quantidade de extrativos na constituição química da madeira é de fundamental importância para a produção de celulose, em razão, de um maior requerimento de reagentes químicos, perda de rendimentos, inibições de reações, incrustações de materiais na polpa e nos equipamentos, corrosão, dificuldades no branqueamento e possibilidade de aproveitamento de subprodutos. 10

19 Características anatômicas Em termos de constituição anatômica de madeira as variáveis mais relevantemente estudas são o comprimento e a espessura da parede das fibras porque possuem uma confirmada influência na qualidade da madeira e nas propriedades do papel (URBINATI, 1998, e FLORSHEIM, 1992). Os efeitos das interações entre a quantidade, tamanho, espessura e condições em que os elementos anatômicos se encontram influenciam os parâmetros químicos e físicos, bem como as propriedades mecânicas da madeira. A forma como estão distribuídos nos planos longitudinal e transversal, também, influenciam esses parâmetros. Logo, se faz necessário seu conhecimento e mensuração (LELIS e SILVA, 1993). As plantações de eucalipto estão distribuídas em todo o globo por ser uma madeira largamente utilizada na polpação devida suas excelentes características para utilização em máquina de papel. Deve-se isso a suas fibras curtas e delgadas, dando ao papel uma formação uniforme excelente propriedades de superfície e alta opacidade. Dessa forma, as mais importantes dimensões das fibras para polpa e papel são comprimento, diâmetro e espessura da parede celular (DOWNES et al, 1997). Muitas investigações sobre a variação anatômica no sentido radial têm mostrado que o comprimento celular próximo à medula é pequeno, tanto para coníferas quanto para folhosas de clima temperado, mas aumenta rapidamente nos primeiros anéis e estabiliza-se após atingir um valor máximo (URBINATI, 1998). URBINATI (1998) afirma em sua revisão que as dimensões das estruturas anatômicas são importantes para se avaliar a capacidade de movimentação da seiva na planta, pois, pequenas diferenças no diâmetro do lúmen dos elementos de vaso podem corresponder a grandes diferenças na eficiência de condução na planta. Para SHIMOYAMA e BARRICHELO (1991), e FLORSHEIM (1992), a densidade básica depende do diâmetro de lúmen e da espessura da parede das 11

20 fibras, pois quanto maior o diâmetro do lúmen mais espaços vazios serão encontrados na madeira e, conseqüentemente, menor será a densidade básica. FLORSHEIM (1992) e TOMAZELLO FILHO (1985) observaram que o diâmetro do lúmen e a espessura da parede das fibras tendem a aumentar no sentido radial. Verificaram também, um aumento no diâmetro tangencial dos vasos, uma diminuição no número de vasos/mm² no sentido radial. Esses autores observaram uma estabilidade na freqüência de vasos/mm² a partir da posição de 75% da altura do tronco, para as espécies analisadas. Porém, para espessura da parede das fibras, foi verificado um aumento a partir da posição de 75% da altura do tronco. Verificou-se ainda, um aumento no comprimento das fibras no sentido medula-casca, atingindo valores acima de 1,0 mm a partir da posição 25-50% do raio da amostra. Literaturas têm relatado valores de comprimento de fibra de eucalipto em torno de 1 mm (TOMAZELLO FILHO, 1994; BARRICHELO, 1983; GONZAGA, 1983). Em árvores de uma mesma espécie de Eucalyptus ocorrem significativas variações dos vasos no sentido radial (medula-casca), com aumento no diâmetro e redução da freqüência. Essas variações tendem a diminuir, na madeira adulta, com a estabilização da estrutura anatômica da madeira (TOMAZELLO FILHO, 1994). Na revisão de SHIMOYAMA e BARRICHELO (1991), e no trabalho de MOURA e FIGUEIREDO (2002) informa-se que a espessura da parede das fibras é uma das características que possui relações positivas com a densidade básica da madeira. Já a largura das fibras é uma dimensão que deixa dúvidas quanto a sua relação com à densidade básica. Du PLOOY(1980) trabalhando com amostras de árvores de E. grandis, de 18 a 24 anos de idade, conclui que a espessura da parede celular, neste estudo, foi a propriedade anatômica que mais afeta em múltipla regressão todas as propriedades medidas da polpa. Resistência ao rasgo, uma das mais importantes propriedades de resistência da polpa, é principalmente dependente e positivamente correlacionada com a taxa de comprimento x diâmetro de fibra. Resistência à tensão e índice de estouro são principalmente afetadas e 12

21 correlacionadas negativamente com a espessura da parede celular, por dependerem positivamente da capacidade de encolapsamento da fibra, permitindo maior contato superficial entre fibras e aumentando o número de forças que contribuem para a união das fibras. Concluem também que para as máximas propriedades de resistência ao rasgo, tensão e estouro, e o máximo rendimento de celulose deverá ocorrer com a utilização de árvores de E. grandis de baixa densidade, ou seja, com parede celular mais delgada, grande taxa de comprimento x diâmetro, e um alto conteúdo de celulose. TOMAZELLO FILHO (1994) constata a existência de significativas variações na percentagem de vasos no lenho das diferentes espécies de Eucalyptus. A diferença em comprimento das fibras pode ser encontrada em clones de uma mesma espécie e tem sido verificado que este parâmetro é mais herdável do que a densidade básica. Essas indicações fortalecem a possibilidade de estabelecer índices para seleção e melhoramento genético baseado em caracteres de qualidade da madeira. A variação na percentagem de elementos anatômicos estruturais reflete-se na densidade básica, sendo que os aumentos na percentagem da parede celular das fibras refletem-se em aumentos na densidade básica e na percentagem de parênquima na madeira, resultando em diminuições na densidade básica. Os parênquimas (longitudinal e radial) têm relação com a dureza, densidade e durabilidade natural da madeira das espécies Eucalyptus. Outras informações obtidas no mesmo estudo, para três espécies de Eucalyptus, são que a largura e espessura da parede das fibras aumentavam no sentido medula-casca. Porém, em relação ao diâmetro do lúmen, só foi verificado um aumento para duas das espécies, no mesmo sentido (TOMAZELLO FILHO, 1994). Comparando-se madeira de árvores de E. grandis de lento e rápido crescimento, significativas diferenças foram encontradas para o conteúdo de vasos e tecidos de raio. Os vasos foram menores em menor quantidade nas árvores de crescimento mais rápido. Isso está associado a menor capacidade de condutividade do tronco. Essa redução de condutividade pode refletir o incremento da taxa de divisão celular nas árvores mais favorecidas.o incremento 13

22 de tecidos de raios, responsáveis por condução horizontal de água e gases e estoque de reservas, pode indicar um incremento de movimento de sustâncias regulatórias de crescimento e um grande requerimento de condução lateral e estoque de reservas em árvores de rápido crescimento. A baixa quantidade de vasos nas árvores de rápido crescimento poderia gerar a expectativa de maior quantidade de fibra o que resultaria num aumento significativo da densidade básica, porém isso não ocorreu devido essa compensação ter ocorrido com o aumento de tecido de parênquima de raio. Para as árvores de maior velocidade de crescimento a redução do teor de vasos foi de 3 % e o aumento de células de raio foi de 5 %. As técnicas culturais para favorecer o crescimento das árvores não tiveram efeito sobre o tecido mecânico da madeira, as fibras, porém teve um largo efeito nos aspectos quantitativos dos tecidos fisiologicamente ativos da madeira (BAMBER et al., 1981). Os estudos anatômicos não interessam apenas à identificação das espécies. Eles possibilitam, ainda, estabelecer prováveis relações com as características gerais da madeira, resistência mecânica, trabalhabilidade e permeabilidade (GARCÍA, 1995). VASCONCELOS e SILVA (1985), e Du PLOOY (1980), estudaram algumas árvores de Eucalyptus grandis e concluíram que as características anatômicas e químicas têm influência direta nas propriedades de cozimento e do papel Densidade básica Juntamente com o rendimento de celulose, a densidade básica determina a massa de celulose disponível para papel dentro de um dado volume de madeira (DOWNES et al, 1997). A densidade básica é uma das propriedades físicas mais importantes em ensaios para avaliação de qualidade da madeira, devido ser o resultado de uma série de outras características que podem ser inferidas a partir de seus valores (GARCÍA, 1995; MOURA e FIGUEIREDO, 2002). Ela tem um alto grau de herdabilidade e pode ser controlada, de certa forma, pela seleção ou pelo manejo 14

23 silvicultural, até certo ponto (DEMUNER et al., 1993; MOURA e FIGUEIREDO, 2002; BORRALHO et al., 2003). CARPIM e BARRICHELO (1983), e BUSNARDO (1983), definem a densidade básica da madeira como a mais relevante para ensaios tecnológicos realizados em madeiras do gênero Eucalyptus, sendo considerada como um dos mais importantes parâmetros para avaliação da qualidade da madeira, um importante índice para análise econômica de florestas, podendo também ser utilizada para definir a utilização final da madeira. A densidade básica é definida como sendo a relação entre o peso absolutamente seco da madeira e seu volume saturado (VITAL, 1984). TOMAZELLO FILHO (1994); SHIMOYAMA e BARRICHELO (1991; FLORSHEIM (1992) afirmam que a densidade da madeira é uma característica complexa, considerando-se que é resultado de diferentes porcentagens de diversos tipos de células (elementos anatômicos) que, por sua vez, variam em diâmetro, em espessura da parede e comprimento, contendo teores variáveis de extrativos. Variação nos valores de densidade básica ocorrem em função da taxa de crescimento, clima e manejo, e também varia dentro da árvore. Ocorre uma tendência de aumento da medula para a casca e da base do tronco para o topo. Essas variações são o resultado de variações no tamanho e freqüência de vasos, dimensão de fibras (diâmetro e espessura da parede celular), percentagem de parênquima e composição química. Duas amostras de mesma densidade podem possuir diferentes propriedades de fibras e diferentes composições anatômicas (DOWNES et al, 1997). LELIS e SILVA (1993) da mesma forma comentam que a densidade básica é uma propriedade física que retrata a qualidade da madeira, por ser influenciada por diversos fatores inerentes a cada gênero, espécie e árvore, não sendo aconselhável sua utilização isolada como parâmetro de qualidade. Porém, FOELKEL et al. (1990) concluíram que a densidade básica é um índice importante para avaliar a qualidade da madeira de Eucalyptus sp. Essa aparente contradição pode ser esclarecida quando se conhece que propriedades da madeira 15

24 estão contribuindo majoritariamente para o efeito da densidade básica (TOMAZELLO FILHO, 1994; DOWNES et al, 1997). Outra questão importante é que o padrão de alteração da densidade nem sempre segue o mesmo padrão de variação dos componentes que a definem isoladamente (DOWNES et al, 1997). A densidade básica pode variar de maneira acentuada entre espécies de eucalipto e dentro de uma mesma espécie, como: entre árvores; dentro da árvore, tanto no sentido longitudinal (base-topo) quanto radial (medula-casca); em função da idade do povoamento; e em função da procedência das sementes (PANSHIM e ZEEUW, 1980; CARPIM e BARRICHELO 1983). Do ponto de vista tecnológico, tão importante quanto o estudo da variabilidade da densidade entre indivíduos é o diagnóstico dessa variabilidade dentro da árvore, tanto no sentido transversal, ou radial, quanto longitudinal. Isso possibilitaria o estabelecimento de relações importantes, principalmente predição de valores para a árvore total com redução de erros amostrais (GARCÍA, 1995; DOWNES et al, 1997). A densidade básica da madeira de Eucalyptus sp pode ser, genericamente, considerada como fator importante e influente nas propriedades de polpação e fabricação do papel (FONSECA et al., 1996; VASCONCELOS e SILVA, 1985). Deve-se, no entanto, considerar que a estrutura da madeira é que determina sua densidade básica, embora não se possa determinar a priori que a recíproca seja sempre verdadeira (DU PLOOY, 1980). WEHR et al. (1992) realizando cozimentos kraft com madeira de Eucalyptus grandis de diferentes densidades básicas e dimensões de cavacos concluíram que árvores crescidas em solos melhores, com maior taxa de crescimento, apresentam menor densidade básica. Também, quanto menor a densidade básica da madeira menor serão as dimensões de espessura dos cavacos. A maior densidade tende a produzir cavacos mais espessos no picador. Isso se explica devido a resistência mecânica da madeira que é normalmente diretamente proporcional à densidade. Já no processo em si, maior densidade necessita de maior carga de álcali para o mesmo Kappa. Resultando efeitos como 16

25 conseqüência tanto do aumento de cavacos com impregnação irregular (física) como pelo aumento dos teores de lignina e extrativos nas madeiras mais densas. O teor de holocelulose também reduz com o aumento da densidade básica. Outras relações importantes encontradas: aumento de densidade é acompanhado do aumento do teor de rejeito e do aumento de sólidos orgânicos no licor. As madeiras de menor densidade apresentam maiores valores para viscosidade, o que pode afetar as propriedades de resistência das fibras. MOYA et al. (2002) em estudos com Pinus radiata, concluíram que a fertilização provocou uma redução da densidade básica nos anos subseqüentes até um limite de 3 anos, em alguns casos. Quanto ao desenvolvimento das árvores, quanto mais dominante a árvore for menor será o efeito da fertilização. Esse efeito ocorre somente nos 10 primeiros anos para P. radiata (desenvolvimento juvenil). Explica-se pelo fato do aumento da proporção de lenho primaveril sobre lenho outonal, porque na fase de maior atividade fisiológica os nutrientes estão sendo fortemente utilizados pela árvore e também pelo fato da árvore bem nutrida não responder ao tratamento com fertilizante. De um modo geral podemos concluir também que a densidade básica diminui a medida que aumenta a taxa de crescimento das árvores. Essa é a explicação para as diferenças de densidade entre as árvores de diferentes portes. A densidade básica aumenta também com o avanço da idade das árvores, pelo fato de se iniciar a formação de lenho adulto, que é mais denso. Essa afirmativa foi constatada para diversas espécies de eucalipto (TOMAZELO FILHO, 1985). Existem vários trabalhos abrangendo a influência da densidade da madeira de eucalipto nas propriedades da polpa e papel (VASCONCELOS e SILVA, 1985), sendo que, as conclusões desses trabalhos demonstram que as características anatômicas e químicas têm influência direta nas características de cozimento e nas propriedades do papel. Tem se observado uma tendência de correlação entre as propriedades das fibras e a densidade da madeira (DU POOL, 1980; VASCONCELOS e SILVA, 1985), destacando-se a conformidade transversal das fibras. Também se verificou que para o Eucalyptus grandis, a conformidade transversal parece ser altamente 17

26 correlacionada com a densidade básica, influenciando diretamente a extensão das ligações entre fibras e, conseqüentemente, as propriedades do papel. Diversos estudos têm proposto que há correlação da densidade básica com as dimensões das fibras, particularmente a espessura das paredes, com o volume dos vasos, os parênquimas e o arranjo dos elementos anatômicos (SARDINHA e HUGUES, 1979; FLORSHEIM, 1992; BAMBER, 1985; OLIVEIRA, 1990). MOURA et al. (2002) estudando a variabilidade radial e longitudinal da densidade básica e da porosidade relacionados com a constituição anatômica de uma árvore de E. globulus, evidenciou o aumento da densidade e do comprimento, espessura e largura das fibras com a distância radial. Esse aumento dimensional das células se dá pelo aumento das dimensões das células cambiais com a idade. Essa variação é maior no sentido radial que longitudinal. Definiu-se que a característica anatômica que melhor correlaciona com a densidade básica é a espessura da fibra. As fibras de maior espessura são também as de maior comprimento. FERREIRA e FIGUEIREDO (2001) e DEMUNER et al. (1993) em trabalhos independentes e com espécies diferentes, concordam que existem evidências de que a madeira com maior densidade básica tem fibras menos flexíveis em virtude dos elevados valores do momento de inércia da seção transversal das fibras. Em mesmo nível de refino, as fibras com tais características são mais resistentes à ação de forças de consolidação, durante a formação da folha de papel, resultando em papel menos resistente, com estrutura mais aberta, com maior volume específico aparente, porosidade, opacidade e aspereza (rugosidade) da superfície. VASCONCELOS e SILVA (1985), e SHIMOYAMA e BARRICHELO (1991) sugerem cautela na tentativa de estabelecer correlação entre as propriedades da celulose e densidade da madeira. Argumentam que, embora a densidade básica seja bem correlacionada com a espessura da parede celular, há outros fatores importantíssimos a serem considerados, principalmente para a espécie do gênero Eucalyptus, quais sejam: proporção e dimensão dos vasos da madeira, presença de extrativos, alta variabilidade no volume de parênquima na 18

27 madeira e, ainda, a alta variabilidade das características das próprias fibras entre espécies. Aumentos da densidade em direção à casca poderia ser conseqüência do aumento na proporção das fibras, ou na espessura de suas paredes ou ambas. De maneira inversa, o incremento no volume de vasos, com ou sem decréscimo na espessura da parede celular, levaria à redução na densidade (GARCÍA, 1995). No entanto, TOMAZELLO FILHO (1985) observou que a densidade básica aumenta no sentido da medula para a casca para o E. microcorys e E. pilularis. Verificouse, ainda, que até os 10 anos de idade não havia tendência de estabilizar o valor da densidade básica. CARPIM e BARRICHELO (1983) mencionam em sua revisão que a densidade básica varia com relação ao incremento médio anual das populações, sendo que menores incrementos médios anuais correspondem a maiores densidades da madeira produzida. Segundo FOELKEL et al.(1990), algumas propriedades importantes da celulose de Eucalyptus sp, como o volume específico, resistência ao ar e absorção de água mostraram-se muito mais dependentes da densidade da madeira do que da espécie. A densidade básica é o resultado do conjunto de características anatômicas e químicas da madeira. Entretanto, a influência individual dessas características na densidade básica ainda não foi quantificada (GARCÍA, 1995). A composição química das madeiras possui uma menor importância para definir a densidade básica, se levarmos em consideração os efeitos dos elementos anatômicos (SHIMOYAMA, 1990; SHIMOYAMA e BARRICHELO, 1991; LELIS e SILVA, 1993; GARCÍA, 1995 e FLORSHEIM, 1992) Parâmetros genéticos e correlações entre caracteres No manejo florestal, além do efeito ambiental sobre as propriedades e características dos constituintes da madeira é importante também a investigação sobre a constituição herdável da madeira. Que está ligada ao conjunto gênico existente na árvore, família, população e espécies, que é transferido para os 19

28 descendentes. Essas informações somadas aos efeitos ambientais contribuem para o entendimento da variação total das características da madeira. Por meio do estudo da variabilidade genética e estimação dos coeficientes de herdabilidade das características de qualidade da madeira, é possível identificar e determinar a magnitude do controle genético das mesmas e, com isso, determinar quais características são importantes para o melhoramento genético. XAVIER (1997) estimou parâmetros genéticos para as características de qualidade de madeira em progênies de meio-irmãos de Eucalyptus grandis, aos 84 meses de idade, encontrando diferenças genéticas significativas pelo teste F (P < 0,05) para as características densidade básica, comprimento de fibra e índice de enfeltramento. As estimativas de herdabilidade ao nível de média de família foram 0,44, 0,59 e 0,35, respectivamente, indicando que há possibilidades de melhoramento e de obtenção de ganhos consideráveis com a seleção para qualidade de madeira. As características que não apresentaram diferenças significativas (P > 0,05) foram: largura da fibra, diâmetro do lúmem, espessura da parede da fibra, índice de runkel, coeficiente de flexibilidade e fração parede. O autor ressaltou a característica comprimento de fibra como a que apresentou os maiores valores quanto aos quatro tipos de herdabilidade calculadas (em nível de bloco - h 2 b, a nível de experimento - h 2 e, dentro da parcela h 2 d e a nível de médias de famílias h 2 m). Segundo COTTERILL et al. (1997), ganhos substanciais podem ser obtidos da seleção dentro de espécies de Eucalyptus, tal como Eucalyptus globulus. Propriedades da madeira incluindo densidade básica, comprimento de fibra, coarseness, teor de celulose e hemicelulose parecem ser herdáveis, em maior ou menor grau, dependendo da característica para Eucalyptus globulus (h 2 = 0,30 a 0,69), em particular local de Portugal. E o teor de lignina de Eucalyptus globulus parece ser pouco herdável (h 2 = 0,09). As estimativas de herdabilidade, em nível de médias de famílias, de nove híbridos de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, com 60 meses de idade, em três locais da região da Aracruz ES, obtidas por DEMUNER e 20

29 BERTOLUCCI (1993), foram de 0,81, 0,86, 0,93, 0,79 e 0,75 para largura de fibras, diâmetro de vasos, espessura de parede celular, densidade básica e teor de extrativos, respectivamente. Tal fato indica que essas características são relevantes para o melhoramento genético. Para a característica teor de lignina, a herdabilidade em nível de médias de família, obtida com a análise conjunta dos locais, foi de 0,83, o que indica que o teor de lignina é uma característica herdável e, portanto, importante nos programas de melhoramento, contrariando o resultado encontrado por COTTERILL et al. (1997). Para a característica rendimento depurado de celulose, a estimativa de herdabilidade ao nível de médias de famílias, foi de 0,23, evidenciando que, mesmo sendo importante para a polpação, a seleção nessa característica não resultaria em ganhos significativos na qualidade da madeira. A viscosidade da polpa, obtida do mesmo material citado acima, apresentou herdabilidade, em nível de médias de famílias, de 0,45. RAYMOND et al. (1998a), estudando a variação dentro de famílias meios-irmãos e o controle genético para as características densidade básica, comprimento de fibra e coarseness em um teste de progênies de Eucalyptus regnans aos nove anos de idade, encontrou estimativas de herdabilidades na ordem de 0,15, 0,17 e 0,36, respectivamente. A herdabilidade das propriedades químicas da madeira tem sido pouco estudadas, mas há indícios de que tais características apresentam baixo controle genético, como encontrado por DEMUNER e BERTOLUCCI (1993) para rendimento depurado de celulose e por ALMEIDA (1993) e COTTERILL (1997), para teor de lignina e extrativos, não se recomendando maiores investimentos no melhoramento genético de tais características. Segundo CRUZ e REGAZZI (1997), o conhecimento da associação entre caracteres é de grande importância nos trabalhos de melhoramento, principalmente se a seleção em um deles apresenta dificuldades, em razão da baixa herdabilidade e, ou problemas de medição e identificação. MALAN (1991), em seu estudo sobre os efeitos da taxa de crescimento sobre as propriedades da madeira, encontrou não-significância para a correlação fenotípica entre taxa de crescimento e propriedades da madeira. Já segundo 21

30 GARLET (1994), a densidade básica é uma importante característica ligada à qualidade da madeira que se correlaciona com o comprimento e o diâmetro do lúmem das fibras. Assim, quando a seleção é baseada na densidade, variações poderão ocorrer em função das características anatômicas, afetando as propriedades da polpa. Segundo MALAN (1993), a ausência de elevada correlação entre características morfológicas e tecnológicas e entre características de crescimento e tecnológicas, mostra que será difícil achar um clone que tenha excelente qualidade para todas as características. Assim, é necessário selecionar um grande número de árvores nos testes de progênies para obter um clone com o máximo número de características favoráveis para o ciclo final de seleção Estratégias de melhoramento Segundo PIRES (1997), qualquer programa de melhoramento genético deve centrar-se em características que apresentam variabilidade genética. Assim, torna-se necessário definir quais características da madeira afetam a qualidade do produto final e os níveis de controle genético para as mesmas. O autor lista uma gama de exemplos na literatura sobre o efeito de tratos silviculturais na qualidade da madeira. No entanto, resultados experimentais sobre técnicas e métodos de melhoramento para as propriedades físicas, químicas e anatômicas da madeira são raros. FONSECA (1996), realizando estudo para seleção da árvore industrial, encontrou que as características rendimento de polpa, crescimento volumétrico e densidade básica são as principais características para seleção, quanto a capacidade e ao custo de produção da industria e dentre estas características, a densidade básica é a que exerce maior influência sobre a qualidade da polpa produzida. FONSECA (1996) encontrou resultados semelhantes aos de WRIGHT (1991) e para o autor os dois parâmetros mais importantes na seleção de clones de Eucalyptus são a densidade básica e o crescimento. Bom crescimento é o resultado das características adaptativas, o que resultará em alta produção 22

31 volumétrica, enquanto densidade é o indicador de numerosas propriedades do papel. Um parâmetro potencial de seleção foi determinado por ALMEIDA et al. (1997), o qual estudaram a importância do diâmetro de lúmem na seleção de Eucalyptus para produção de celulose. Os autores relataram que o maior volume de licor para cozimento no interior do lúmem das fibras permite uma maior homogeneidade de concentração do licor no interior das mesmas, pois a difusão de álcali através da parede celular é um processo moroso e incapaz de suprir na mesma proporção às necessidades de álcali consumido por reações com os componentes da madeira à temperatura de polpação. Um maior diâmetro de lúmem mantem uma maior quantidade de massa de álcali no licor em direção à parede celular e, conseqüentemente, facilitando a deslignificação. Segundo os autores, a relação volume médio de lúmem/área interna média das fibras parece estar diretamente relacionada à facilidade de deslignificação da madeira e, conseqüentemente, diretamente relacionada ao rendimento depurado. Por fim, os autores concluíram que a densidade básica, apesar de ser um parâmetro de qualidade importante, é insuficiente para indicar o possível comportamento da madeira frente ao processo de polpação, mesmo estando associada à composição química. 23

32 3. DISCUSSÃO DE ALGUNS TRABALHOS REALIZADOS EM CONVÊNIO 3.1. Efeito das características anatômicas e químicas na densidade básica da madeira e na qualidade da polpa de clones híbridos de eucalyptus grandis x urophylla (QUEIROZ, 2002). O objeto do trabalho foi avaliar o efeito das características anatômicas e químicas na densidade da madeira, nas características da polpação kraft e nas propriedades físico-mecânicas da polpa kraft de eucalipto. Foram estudados dois clones de eucaliptos com densidades básicas de 447 kg/m³ e 552 kg/m³. Sendo o mais denso de menor velocidade de crescimento, cultivado em solo mais pobre. Estabelece-se um padrão para avaliação da constituição anatômica. Foram realizados cozimentos kraft para obtenção de polpas com número kappa 18±0,5. As polpas foram branqueadas pela seqüência ODEopDD, a uma alvura final de 90±1%ISO, sendo, depois, refinadas e testadas suas propriedades físico-mecânicos e ópticas. Verificou-se que, comparativamente, a madeira de mais alta densidade apresentou fibras com paredes mais espessas e menor diâmetro de lúmen, maior freqüência de vasos com menores diâmetros, bem como menor área de espaços vazios. A mesma madeira apresentou maior dificuldade de deslignificação, resultando em menor rendimento e viscosidade. 24

33 No branqueamento, a madeira de menor densidade requereu menor quantidade de reagente para atingir alvura final de 90±1%ISO. As propriedades mecânicas e estruturais das folhas de celulose não apresentaram diferenças significativas. As propriedades ópticas apresentaram diferenças, mostrando-se mais sensíveis às diferenças de densidades básicas. Neste trabalho, verificou-se que a densidade básica das madeiras estava correlacionada às características anatômicas e não à composição química das madeiras Avaliação direta e indireta de rendimento depurado e de produção de celulose em clones de eucalipto (ALMEIDA, 2001) O trabalho teve como objetivos avaliar a variabilidade genética e a importância das características silviculturais e tecnológicas; realizar a avaliação direta e indireta da característica produção de celulose e classificar os clones com base na avaliação direta e indireta em produção de celulose. Foram utilizados 18 clones selecionados com 72 meses de idade, originados de site de alta produtividade, sendo 5 de Eucalyptus urophylla e os demais clones híbridos de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis. Para as características tecnológicas, foi utilizada uma árvore representativa da parcela, com valores próximos às médias das características de crescimento. Foram realizadas medições de crescimento quanto à altura total da árvore (Ht), diâmetro à altura do peito (DAP) e volume com casca (Vcc). Para a caracterização tecnológica, foram avaliadas as características densidade básica (DB), comprimento de fibra (CF), largura da fibra (LF), diâmetro do lúmem (DL), espessura da parede da fibra (EP), índice de runkel (IR), índice de enfeltramento (IE), coeficiente de flexibilidade (CoF), fração parede (FP), teor de lignina (LI), extrativos (EX), rendimento depurado de celulose (RD) e produção de celulose (PC). As únicas características dentre as silviculturais e tecnológicas que não apresentaram variabilidade genética foram EP e IE. A classificação dos clones com base na avaliação direta em PC diferiu da classificação dos clones quando a avaliação direta foi realizada com base nas características que determinam PC, 25