seminário sobre o setor florestal e de celulose no brasilcontexto brasileiro-3.0 milhões ha...
TRANSCRIPT
Seminário sobre o Setor Florestal e deCelulose no Brasil
“Pesquisa dos Fatores DeterminantesPesquisa dos Fatores Determinantesda Produtividade Florestalda Produtividade Florestal”05 de maio de 2005 / São Paulo - SP
________________________________________APRESENTADO POR: José LuizJosé Luiz Stape Stape
APOIOS:
Pesquisa dos Fatores DeterminantesPesquisa dos Fatores Determinantesda Produtividade Florestalda Produtividade Florestal
Seminário Perspectivas P & D - ABTCPSeminário Perspectivas P & D - ABTCP
Maio de 2005Maio de 2005
São Paulo - SPSão Paulo - SP
José Luiz José Luiz StapeStapeCiências FlorestaisCiências FlorestaisESALQ/USPESALQ/USP
ContextoContexto BrasileiroBrasileiro-- 3.0 3.0 milhõesmilhões ha ha EucalyptusEucalyptus-- AumentoAumento dada ProdutividadeProdutividade: 4 x: 4 x
19601960
12 m12 m33 ha ha-1-1 anoano-1-1
AtualAtual
50 m50 m33 ha ha-1-1 anoano-1-1
–– RotacoesRotacoes CurtasCurtas e e ExperimentosExperimentos VisandoVisando Volume Volume
–– ModelosModelos de de ProduçãoProdução: : ÍndiceÍndice de de SítioSítio
4 4 anosanos
OuOu extremosextremos
80 m80 m33 ha ha-1-1 anoano-1-1
AbordagemAbordagem EmpíricaEmpírica RestringeRestringe ExtrapolaçõesExtrapolaçõesentreentre EscalasEscalas EspacialEspacial e Temporal: e Temporal:
- Mudancas Ambientais e de Manejo entre Rotações
Ciclos GlobaisRecursos
SustentabilidadeMadeira
Curta LongaEscala Temporal
Esc
ala
Esp
atia
lPe
quen
a
G
rand
e
AbordarAbordar taistais TópicosTópicos::– Ecologia da Produção– Modelos Processuais
- Sustentabilidade e Uso de Recursos- Ciclos Globais: Atmosfera, Litosfera, Hidrosfera
Evapotranspiracao (mm ano-1)
Prod
utiv
idad
e Pr
imar
ia L
iqui
da
(g C
m-2
yr-1
)
Florestas
Savanas
Campos
Schimel et al. 1996
Eucalyptus
Brasil
EcossistemasMundiais
Porquê conhecer aProdutividade 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 ?
Chuva
Azul = Umido
Amarelo = Seco
UsoUso e e EficiênciaEficiência do do UsoUso de de RecursosRecursosNaturaisNaturais em em FlorestasFlorestas PlantadasPlantadas
((CNPqCNPq – – CopenerCopener))
Rainfall (mm yr-1)800 1000 1200 1400 1600 1800
MA
I (M
g ha
-1 y
r-1)
5
10
15
20
25
30
35
35
46
1110
1413
1
7
8 9
2
12
MAI = - 7.1 + 0.022 Rainfallr2 = 0.80, P < 0.0001
Site Index (m, at age 5)14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Roo
t:Abo
vegr
ound
Rat
io (R
:A)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
35
46
1110
14 13
1 78
9
2
12
R:A = 0.495 - 0.012 SIr2 = 0.55, P = 0.002
IMA e ICA: IMA e ICA:
RaizRaiz::AéreaAérea Razão Decresce Razão Decresce com com ProdutividadeProdutividade
ChuvaChuva = = FatorFator DominanteDominante + 5 m+ 5 m3 3 haha-1-1 a a-1-1 parapara + 100 mm a + 100 mm a-1-1
Water Use (mm yr-1)500 750 1000
AN
PP
(Mg
ha-1
yr-1
)
05
1015202530354045
3
5
46
11 10
14
13
1
78
9
2
12
r2 = 0.39
Light Use (TJ ha-1 yr-1)16 18 20 22 24 26 28
AN
PP
(Mg
ha-1
yr-1
)
05
1015202530354045
3
5
46
1110
14
13
1
78
9
2
12
r2 = 0.49
Nitrogen Use (kg ha-1)0 20 40 60 80 100 120
AN
PP
(Mg
ha-1
yr-1
)
05
1015202530354045
3
5
46
1110
14
13
1
78
9
2
12
r2 = 0.95
ANPP e ANPP e UsoUso de de RecursosRecursos NaturaisNaturais
Rainfall (mm yr-1)600 800 1000 1200 1400 1600
Vap
or P
ress
ure
Def
icit
(kP
a)
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
3
54
611 10
1413
1
7
8
9
2
12
VPD = 0.95 + 430 / Rainfallr2 = 0.72, P < 0.001
average VPD (kPa)1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
WU
E (
kg m
-3)
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
3
5
4
6
1110
14
13
1
78
9
2
12
r2 = 0.33, P = 0.03
EficiênciaEficiência--UsoUso--RecursosRecursos::DéfictDéfict de de PressaoPressao de Vapor (VPD) e de Vapor (VPD) e ChuvaChuva InversamenteInversamente RelacionadosRelacionadosEficiênciaEficiência do do UsoUso dada ÁguaÁgua (WUE) = (WUE) = ff (1/ VPD) (1/ VPD)
Rainfall (mm yr-1)600 800 1000 1200 1400 1600
Vap
or P
ress
ure
Def
icit
(kP
a)
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
3
54
611 10
1413
1
7
8
9
2
12
VPD = 0.95 + 430 / Rainfallr2 = 0.72, P < 0.001
average VPD (kPa)1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
WU
E (
kg m
-3)
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
3
5
4
6
1110
14
13
1
78
9
2
12
r2 = 0.33, P = 0.03
EficiênciaEficiência do do UsoUso de de RecursosRecursos
Rainfall (mm yr-1)600 800 1000 1200 1400 1600
LUE
(g M
J-1),
WU
E (k
g m
-3)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0 NU
E (kg kg
-1)
0
200250300350400450
NUEr2 = 0.34 (P = 0.02)
LUEr2 = 0.46 (P < 0.01)
WUEr2 = 0.37 (P = 0.02)
Para ProduzirPara Produzir 2 2 milhõesmilhões m³ Madeira m³ Madeira((CicloCiclo de 6 de 6 anosanos))
1600 mm1600 mm800 mm800 mmSítioSítio
27 t/ha27 t/ha18 t/ha18 t/haC Raiz GrossaC Raiz Grossa2.000 t N2.000 t N2.500 t N2.500 t NNN
311 milhões m³311 milhões m³629 milhões m³629 milhões m³ÁguaÁgua6.945 ha6.945 ha13.889 ha13.889 haTerraTerra
48 m³/ha/ano48 m³/ha/ano24 m³/ha/ano24 m³/ha/anoRecursoRecurso
O que é ProdutividadePotencial (Lenho) ?
• A máxima taxa que um dadogenótipo, num dado sitio, conseguefixar C, no lenho
0 50 100 150 200 250
Prod
utiv
idad
e
(m3/ha/ano)
Potencial
Atingível
Real
Fatores Definidores:Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação
Fatores Redutores:Ervas, Pragas,Doenças, Fogo
Fatores Limitantes Água, Nutrientes,Solo
Medidas de Proteção
Medidas de Produção
Actual
Attainable
Potential
Produtividade (Madeira)
0 50 100 150 200 250
Prod
utiv
idad
e
(m3/ha/ano)
Potencial
Atingível
Real
Fatores Definidores:Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação
Fatores Redutores:Ervas, Pragas,Doenças, Fogo
Fatores Limitantes Água, Nutrientes,Solo
Medidas de Proteção
Medidas de Produção
Actual
Atingivel
Potential
Produtividade (Madeira)
0 50 100 150 200 250
Prod
utiv
idad
e
(m3/ha/ano)
Potencial
Atingível
Real
Fatores Definidores:Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação
Fatores Redutores:Ervas, Pragas,Doenças, Fogo
Fatores Limitantes Água, Nutrientes,Solo
Medidas de Proteção
Medidas de Produção
Real
Atingivel
Potential
Produtividade (Madeira)
ProduçãoProdução num contextonum contexto EcológicoEcológico ? ?
GenéticaÁgua, Nutrientes,Luz, Temperatura
198419851986198719881989199019911992199319941995199619971998199920002001
Year
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
< 100 mm month-1
100 - 200 mm month-1
> 200 mm month-1
Rainfall (mm yr-1)600120018002400
Alta variabilidade climática regional
Ultisol
Oxisol
CEC = 20 to 40 mmolc dm-3
K = 4 to 15 ppm
CEC = 30 to 60 mmolc dm-3
K = 8 to 30 ppm
Alta variabilidade edáficaregional
0 50 100 150 200 250
Prod
utiv
idad
e
(m3/ha/ano)
Potencial
Atingível
Real
Fatores Definidores:Genótipo, Temperatura, CO2, Radiação
Fatores Redutores:Ervas, Pragas,Doenças, Fogo
Fatores Limitantes Água, Nutrientes,Solo
Medidas de Proteção
Medidas de Produção
Madeira = Fração da PPB
Resp.OutrosMadeira
Madeira ≅ 20 a 30% da PPB
(Produtividade Primaria Bruta)
Como abordar aProdutividade Potential?
• Teórica– Produção de lenho num balanço de C– Testar modelos ecofisiológicos
• Operacional– Identificar rapidamente a “distância”– Validar e usar modelos
TeoricaTeorica: Os Processos : Os Processos EcofisiológicosEcofisiológicos
EfeitosEfeitos dada ManipulaçãoManipulação de de ÁguaÁgua e eNutrientesNutrientes nana ProduçãoProdução e e AlocaçãoAlocação de de
CarbonoCarbono em em EucalyptusEucalyptus
ObjetivosObjetivos::
•• ObterObter BalançoBalanço CompletoCompleto de C de C porpor 2 2 AnosAnos•• IdentificarIdentificar ControlesControles SobreSobre Prod. Prod. PrimáriaPrimária BrutaBruta (GPP) (GPP)•• AvaliarAvaliar osos PadrõesPadrões de de AlocaçãoAlocação de C ( de C (AéreaAérea e e RaizRaiz))•• ColocarColocar ProducaoProducao de de LenhoLenho num Contextonum Contexto EcologicoEcologico
SítioSítio e e DelineamentoDelineamento
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)
E. grandis x urophylla
Clone 0321
3.5 a 5.5 anos
Fertilização: Controle x Alta
Água: Chuva x Irrigação
Trincheiras
NPP Folhas RespiraçãoFolhas
RespiraçãoMadeirasNPP Madeira
Produção Raiz + Respiração+ Exudatos + Micorrizas
GPP
GPP : GPP : ProdutividadeProdutividade PrimáriaPrimária BrutaBruta
GPP = ANPP + GPP = ANPP + RpRp + TBCA + TBCA
ANPP : ANPP : MedicoesMedicoes DiretasDiretas porpor ParcelaParcela
NPP
Madeira
NPP
Folhas
GPP = ANPP + GPP = ANPP + RpRp + TBCA + TBCA
RpRp : : EquacoesEquacoes de de RespiracaoRespiracao ( (GiardinaGiardina & Ryan 2002) & Ryan 2002)
Respiração
Madeira
Respiração
Folhas
ConstruConstruçãçãoo Madeira (WCR) Madeira (WCR)WCR = (0.9821 - 0.1415 (AWC/1000)) WNPPWCR = (0.9821 - 0.1415 (AWC/1000)) WNPP ManutenManutençãçãoo Madeira (WMR) Madeira (WMR)WMR = (0.3215-0.034 WMR = (0.3215-0.034 .. (5500/1000)) (5500/1000)) . . (AWC/1000) (AWC/1000) . .3030 ConstruConstruçãçãoo FolhasFolhas (FCR) (FCR) FCR = 0.25 FCR = 0.25 . . FNPPFNPP ManutenManutençãçãoo FolhasFolhas (FMR) (FMR)FMR = [NCAN FMR = [NCAN .. (1/14) (1/14) . . 0.006278 0.006278 . . 0.012 0.012 . . 86400 86400 . . 15]15]
EquaçõesEquações RespiraçãoRespiração ((GiardinaGiardina & Ryan 2002)& Ryan 2002)
E. E. salignasaligna - Hawaii - Hawaii
GPP = ANPP + GPP = ANPP + RpRp + TBCA + TBCA
Folhedo(FA) ∆∆CC
FS
TBCA = FTBCA = FSS – F – FAA + + ∆∆C (C (NadelhofferNadelhoffer and and RaichRaich 1990) 1990)
Variação = In – Out
ρCS + ρCR + ρCL + ρCT = TBCA + FA - FS
CL
CS
CR
TBCAFA
FS
CT
TBCA = FTBCA = FSS - F - FA A + + ρρCCSS + + ρρCCRR + + ρρCCLL + + ρρCCTT
ρC = TBCA + FA - FS
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
GPP = APAR . GPP = APAR . αα**. . ffWW. . ffNN ..ffDD
UsoUso EficiênciaEficiência de de UsoUso
GPP = APAR . GPP = APAR . αα**. . ffWW. . ffNN ..ffDD
fDIrrig e Fert.
fD.fWFertilizado
fD.fNIrrigado
fD.fW.fNControle
RestricaoTratamento
Rai
nfal
l (m
m)
Irrig
atio
n (m
m)
050
100150200250300350 P
AR
(MJ
m-2
day
-1)
Tem
pera
ture
(ºC
)
051015202530
PARTemp
______________ ______________ Wet Year Normal Year
1769 mm 1207 mm I = 2150 mm
ResultadosResultados: : ClimaClima((AnoAno ChuvosoChuvoso e Normal) e Normal)
ResultadosResultados: : ClimaClima((AnoAno ChuvosoChuvoso e Normal) e Normal)
Ava
ilabl
e S
oil W
ater
(mm
)
04080
120160
Vap
or P
ress
ure
Def
icit
(kP
a)
0.00.51.01.52.0
RainfedIrrigated
______________ ______________ Wet Year Normal Year
SemSem EfeitoEfeito de deFertilizaçãoFertilização
Fertilização Fertilização de de PlantioPlantio
EfeitoEfeito dada IrrigaçãoIrrigação
MaiorMaior ÍndiceÍndice ÁreaÁrea FoliarFoliarMaiorMaior ProduçãoProdução Madeira Madeira
4 anos
EfeitoEfeito dada IrrigaçãoIrrigação
Age (years)3 4 5 6
LAI (
m2 m
-2)
0
1
2
3
4
5
RainfedIrrigated
Age (years)3 4 5 6
Woo
d Bi
omas
s (M
g ha
-1)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Nao Nao Irrigado Irrigado Irrigado Irrigado
Em 2 anos + 50% a Producao de Madeira
GP
P (k
g C
m-2
yr-1
)
0123456789
RainfedIrrigated
Wet Year Normal Year
GPP = APAR . GPP = APAR . αα* * . . ffDD. . ffWW. . ffNNα amplitude = 0.027 to 0.060 mol C mol photon-1
Ano Chuvoso: Efeito Umidade do Solo
+ 18% 18% αα
36%
83%
18%
Ano Normal: Efeito Umidade do Solo
+ 14% APAR + 63% 14% APAR + 63% αα
Ano Chuvoso x Normal: Efeito VPD
+ 2% APAR + 35% 2% APAR + 35% αα
6.6 7.8 3.1 5.6
AlocaçãoAlocação ((MédiaMédia dos 2 dos 2 anosanos))
kg C
m-2
yr-1
-3-2-101234567
6.72
GPP = 4.86
Rainfed Irrigated
%GPP 34% 28% TBCA
WNPP
FNPP
Rp
+ 38% GPP
Aumento TBCA
EfeitoEfeito IrrigacaoIrrigacao::
Decréscimo daFração do GPPAlocada para Raiz
+ 48% ANPP = + 32% αα + 8% Alocação + 7% APAR
19991999
20022002 Trivial: Determinação Ganho Madeira em m³/ha (50%)
Processo: Ganho devido ao aumento da eficiência douso 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
3%3%
29%29%
34%34%
17%17%
17%17%
NãoNãoIrrigadoIrrigado
NPP NPP FolhasFolhas RespiraçãoRespiraçãoFolhasFolhas
RespiraçãoRespiraçãoMadeirasMadeirasNPP MadeiraNPP Madeira
ProduçãoProdução RaizRaiz + + RespiraçãoRespiração+ + ExudatosExudatos + + MicorrizasMicorrizas
GPPGPP 4.8 kgC m-2 a -1
Stape, 2002
3%3%
32%32%
28%28%
19%19%
18%18%
IrrigadoIrrigado
NPP NPP FolhasFolhas RespiraçãoRespiraçãoFolhasFolhas
RespiraçãoRespiraçãoMadeirasMadeirasNPP MadeiraNPP Madeira
ProduçãoProdução RaizRaiz + + RespiraçãoRespiração+ + ExudatosExudatos + + MicorrizasMicorrizas
GPPGPP 6.7 kgC m-2 a -1
RedeRede Experimental BEPP Experimental BEPPBrasilBrasil Eucalyptus Eucalyptus ProdutividadeProdutividade Potential Potential
6
345
12
7
www.ipef.br/bepp/
BEPP, em mBEPP, em méédia:dia:
∆Fert = + 3% (ns)
∆Agua = + 29% **
∆Fert/Agua = + 38% **
Adequada fertilizaçãoAdequada fertilizaçãoAlta influência das chuvas no IMAAlta influência das chuvas no IMA
E.grandis
E.grandis Clone
Eucalyptus S. AfricaGenetico 20%Silvicultura 80%
Pallett and Sale 2004
Próximas EtapasPróximas Etapas::CrescimentoCrescimento e e EficiênciaEficiência / / ÁrvoreÁrvore
24 months
Em mEm méédia:dia:
∆TN UH = - 12%
∆FI UH = - 11%
Alta influência da uniformidade deAlta influência da uniformidade deplantio na produtividadeplantio na produtividade
0
1
2
3
4
5
6
7
8
14/7 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
ETR
(mm
/ di
a)
ETR 150-300 cm
ETR 50-150 cm
ETR15-50 cm
ETR 0-15 cm
Rainfall event Rainfall event Rainfall event
p Origem da água usada
Veracell Daily Sapflow
Day
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
Sap
flux
(cm
3 h--1
cm-2
sw
a)
0
5
10
15
20
25
30TNU n = 9 FIU n = 10
ConclusõesConclusões•• A A produtividade produtividade ((madeiramadeira) é ) é apenas uma fração apenas uma fração (20 a(20 a
25%) do 25%) do Balaço Balaço total de C de total de C de uma florestauma floresta;;•• BalançoBalanço de C de C sensívelsensível aoao suprimentosuprimento hídricohídrico::
-- EficiênciaEficiência quânticaquântica dada copacopa ( (α)-- UsoUso dada LuzLuz (APAR) (APAR)-- PadrãoPadrão de de AlocaçãoAlocação de C (TBCA:GPP) de C (TBCA:GPP)
•• A A dominância entredominância entre--plantasplantas desempenha papeldesempenha papelimportante na produtividadeimportante na produtividade
•• O O Uso Uso a a EficiênciaEficiência de de UsoUso de de resursosresursos naturiasnaturiasaumentaaumenta com a com a produtivdadeprodutivdade
Obrigado