Equações para estimar a biomassa da parte aérea e do sistema radicular em povoamentos de Eucalyptus grandis em sítios com produtividades distintas

Equations to estimate shoot and root system biomass in Eucalyptus grandis stands at sites with different productivities

Resumos

O objetivo principal deste trabalho foi ajustar equações para a estimativa da biomassa da parte aérea e sistema radicular de povoamentos de Eucalyptus grandis aos 11 anos de idade, crescendo em dois sítios com produtividades distintas. O solo argiloso (sítio mais produtivo) foi classificado como Latossolo Vermelho Distrófico (LVd) e o solo arenoso (sítio menos produtivo), como Neossolo Quartzarênico (RQ). Foi realizado um inventário de biomassa de 10 árvores-amostra em cada sítio, incluindo os componentes da parte aérea (fuste, casca, folhas e galhos) e do sistema radicular (raízes finas e grossas). Ajustaram-se dois modelos logarítmicos para estimar a biomassa das árvores, nos quais se utilizaram como variáveis independentes o diâmetro à altura do peito (DAP), a altura total das árvores (H) ou a variável combinada DAP²H. Os modelos testados foram significativos no nível de 95% de probabilidade, pelo teste t, de Student. O melhor ajuste das equações foi obtido com a variável DAP²H. A validação de equações comuns aos dois sítios foi baseada na análise conjunta do coeficiente de determinação (R²;), erro-padrão da estimativa (Sy.x) e análise gráfica dos resíduos porcentuais. As equações ajustadas tiveram maior precisão na estimativa da biomassa do fuste (R² = 0,99; Sy.x = 0,12) e da casca (R² = 0,97; Sy.x = 0,24). Apesar dos R² > 0,70, as equações para a estimativa da biomassa de folhas e galhos apresentaram baixa capacidade preditiva, caso em que se recomenda a adição de outras variáveis associadas ao tamanho da copa das árvores. Equações específicas para cada local, visando estimar a biomassa de raízes finas [LVd (R² = 0,97; Sy.x = 0,30); RQ (R² = 0,96; Sy.x = 0,15)] e grossas [LVd (R² = 0,98; Sy.x = 0,19); RQ (R² = 0,99; Sy.x = 0,15)], mostraram uma precisão melhor que as equações comuns, uma vez que houve maior alocação relativa de biomassa radicular no solo mais arenoso (RQ).

Eucalipto; qualidade do sítio; solo

The main objective of this work was to adjust equations to estimate biomass of shoot and root system in 11-year-old Eucalyptus grandis stands growing in two sites with different productivities. Loamy soil (more productivity site) was classified as a Typic Hapludox (RED) and sandy soil (less productivity site) as a Typic Quartzipsamment (QTZ). Biomass inventory was carried out using ten sample-trees in each site including shoot (stem, bark, leaves and branches) and root system (fine and coarse roots) tree components. Two logarithmic regression equations were adjusted to estimate tree biomass, with diameter at breast height (DBH) and height (H) or DBH²H being used as independent variables. The adjusted models were significant at 95 % of probability by the t Student test. The best-fit equations were found with DBH²H. Validation of common equations for the two sites was based in the combined analyses of coefficient of determination (R²), stand error of estimate (Sy.x) and graphic analysis of residues. Adjusted equations had highest precision for estimate of stem biomass (R² = 0.99; Sy.x = 0.12) and bark biomass (R² = 0.97; Sy.x = 0.24). In spite of R² > 0.70, equation for leaf and branch biomass had low accuracy. Thus, it was suggested the inclusion of other variables related to size of trees. Specific equations for biomass estimation by each site for fine [RED (R² = 0.97; Sy.x = 0.30); QTZ (R² = 0.96; Sy.x = 0.15)] and coarse roots [LVd (R² = 0.98; Sy.x = 0.19); RQ (R² = 0.99; Sy.x = 0.15)] were more accurate than common equations, since that there was more root biomass allocation in sandy soil (QTZ).

Eucalypt; site quality; soil

Equações para estimar a biomassa da parte aérea e do sistema radicular em povoamentos de Eucalyptus grandis em sítios com produtividades distintas

Equations to estimate shoot and root system biomass in Eucalyptus grandis stands at sites with different productivities

Sérgio Luis de Miranda Mello; José Leonardo de Moraes Gonçalves

Departamento de Ciências Florestais da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo. E-mail : <[e-mail]> e <[e-mail]>

RESUMO

O objetivo principal deste trabalho foi ajustar equações para a estimativa da biomassa da parte aérea e sistema radicular de povoamentos de Eucalyptus grandis aos 11 anos de idade, crescendo em dois sítios com produtividades distintas. O solo argiloso (sítio mais produtivo) foi classificado como Latossolo Vermelho Distrófico (LVd) e o solo arenoso (sítio menos produtivo), como Neossolo Quartzarênico (RQ). Foi realizado um inventário de biomassa de 10 árvores-amostra em cada sítio, incluindo os componentes da parte aérea (fuste, casca, folhas e galhos) e do sistema radicular (raízes finas e grossas). Ajustaram-se dois modelos logarítmicos para estimar a biomassa das árvores, nos quais se utilizaram como variáveis independentes o diâmetro à altura do peito (DAP), a altura total das árvores (H) ou a variável combinada DAP²H. Os modelos testados foram significativos no nível de 95% de probabilidade, pelo teste t, de Student. O melhor ajuste das equações foi obtido com a variável DAP²H. A validação de equações comuns aos dois sítios foi baseada na análise conjunta do coeficiente de determinação (R²;), erro-padrão da estimativa (S_y.x) e análise gráfica dos resíduos porcentuais. As equações ajustadas tiveram maior precisão na estimativa da biomassa do fuste (R² = 0,99; S_y.x = 0,12) e da casca (R² = 0,97; S_y.x = 0,24). Apesar dos R² > 0,70, as equações para a estimativa da biomassa de folhas e galhos apresentaram baixa capacidade preditiva, caso em que se recomenda a adição de outras variáveis associadas ao tamanho da copa das árvores. Equações específicas para cada local, visando estimar a biomassa de raízes finas [LVd (R² = 0,97; S_y.x = 0,30); RQ (R² = 0,96; S_y.x = 0,15)] e grossas [LVd (R² = 0,98; S_y.x = 0,19); RQ (R² = 0,99; S_y.x = 0,15)], mostraram uma precisão melhor que as equações comuns, uma vez que houve maior alocação relativa de biomassa radicular no solo mais arenoso (RQ).

Palavras-chave: Eucalipto, qualidade do sítio e solo.

ABSTRACT

The main objective of this work was to adjust equations to estimate biomass of shoot and root system in 11-year-old Eucalyptus grandis stands growing in two sites with different productivities. Loamy soil (more productivity site) was classified as a Typic Hapludox (RED) and sandy soil (less productivity site) as a Typic Quartzipsamment (QTZ). Biomass inventory was carried out using ten sample-trees in each site including shoot (stem, bark, leaves and branches) and root system (fine and coarse roots) tree components. Two logarithmic regression equations were adjusted to estimate tree biomass, with diameter at breast height (DBH) and height (H) or DBH²H being used as independent variables. The adjusted models were significant at 95 % of probability by the t Student test. The best-fit equations were found with DBH²H. Validation of common equations for the two sites was based in the combined analyses of coefficient of determination (R²), stand error of estimate (S_y.x) and graphic analysis of residues. Adjusted equations had highest precision for estimate of stem biomass (R² = 0.99; S_y.x = 0.12) and bark biomass (R² = 0.97; S_y.x = 0.24). In spite of R² > 0.70, equation for leaf and branch biomass had low accuracy. Thus, it was suggested the inclusion of other variables related to size of trees. Specific equations for biomass estimation by each site for fine [RED (R² = 0.97; S_y.x = 0.30); QTZ (R² = 0.96; S_y.x = 0.15)] and coarse roots [LVd (R² = 0.98; S_y.x = 0.19); RQ (R² = 0.99; S_y.x = 0.15)] were more accurate than common equations, since that there was more root biomass allocation in sandy soil (QTZ).

Keywords: Eucalypt, site quality and soil.

1. INTRODUÇÃO

O crescimento da demanda por produtos florestais está constantemente promovendo o aprimoramento técnico do manejo aplicado em grandes áreas reflorestadas no Brasil. Nesse processo, a quantificação da biomassa da parte aérea e do sistema radicular é imprescindível para a compreensão do processo de crescimento e alocação de C e de nutrientes nos diferentes componentes das árvores, conforme as condições de estresse ambiental. Essas informações são valiosas para nortear o manejo sustentável de plantações florestais.

Vários trabalhos foram realizados em plantações de eucaliptos para avaliar a biomassa da parte aérea das árvores, utilizando-se equações de regressão (CAMPOS et al., 1990, SOARES et al., 1996). Essas equações foram sempre baseadas em relações empíricas entre a biomassa dos componentes da árvore e o diâmetro à altura do peito, ou a 1,30 m de altura (SCHUMACHER e CALDEIRA, 2001), e a altura, ou a combinação dessas variáveis (SOARES et al., 1996; BERNARDO et al., 1998; LADEIRA et al., 2001; LACLAU, 2003). De acordo com Baskerville (1972) e Reis et al. (1985), as equações logarítmicas são mais apropriadas para a estimativa da biomassa, pois apresentam a vantagem de reduzir a variância associada com o sucessivo aumento na altura da árvore (relação alométrica).

A eficácia das equações alométricas depende da espécie, idade e qualidade do sítio (ZIANIS e MENCUCCINI, 2004). Reis et al. (1985) destacaram a importância da inclusão da variável idade para a estimativa da parte aérea e do sistema radicular; porém, os dados na literatura foram geralmente obtidos a partir de povoamentos de idades diferentes. Segundo Parresol (1999), uma característica desejável das equações de regressão para estimativa da biomassa dos componentes das árvores é que a soma da biomassa estimada para cada componente da árvore seja igual àquela estimada para toda a árvore. Foram utilizados dados de sensoriamento remoto para estimativa do volume e da biomassa florestal (MONTES et al., 2000; DRAKE et al., 2002), porém essa estimativa depende da prévia medição das dimensões de árvores no local a ser avaliado.

A quantificação da biomassa radicular é de grande relevância para a compreensão das relações fonte/dreno na árvore. Sabe-se da existência de um mecanismo sincronizado entre o crescimento da parte aérea e o sistema radicular (HENDRICK e PREGITZER, 1996). Entretanto, poucos estudos sobre a estimativa da biomassa radicular estão disponíveis na literatura (RESH et al., 2003). Ter-Mikaelian e Korzukhin (1997) informaram sobre a carência de equações para a estimativa da biomassa de raízes de espécies florestais nos Estados Unidos. Snowdon et al. (2000) enfatizaram a necessidade de realização de número maior de estudos da biomassa radicular, sugerindo que a utilização da geometria dos fractais como ferramenta promissora para superar os problemas técnicos advindos da amostragem destrutiva no estudo do sistema radicular. Os estudos relacionados ao seqüestro de carbono impulsionaram a avaliação da biomassa radicular, como pode ser comprovado nos trabalhos de Ericsson et al. (1996) e Brack e Richards (2002). Além disso, a conferência das Nações Unidas para mudanças climáticas e, em particular, o Protocolo de Kyoto reconhecem a importância do seqüestro de carbono em florestas e a necessidade de monitorar, preservar e incrementar os estoques de carbono no solo, contribuindo diminuir a concentração de CO₂ na atmosfera (IPCC, 2003). Laclau (2003) mencionou que as equações alométricas podem ser utilizadas com confiabilidade para estimar a biomassa de raízes finas e, conseqüentemente, calcular o estoque de C nesse compartimento da árvore. Bernardo et al. (1998) e Ladeira et al. (2001) verificaram que o emprego da variável independente "área útil por planta", associada ao diâmetro e à altura, contribuiu significativamente para a elaboração dos modelos para a estimativa dos componentes do sistema radicular (raízes finas e raiz pivotante).

O objetivo deste estudo foi estimar, a partir do ajuste de modelos logarítmicos, a biomassa dos componentes das árvores (parte aérea e sistema radicular) em povoamentos de E. grandis manejados no sistema de alto fuste, localizados em dois sítios com diferentes capacidades produtivas.

2. MATERIAL E MÉTODOS

Foram definidos dois sítios no planalto ocidental do Estado de São Paulo, em plantações comerciais de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden (procedência Coff´s Harbour), pertencentes à Companhia Suzano Papel e Celulose. O sítio florestal mais produtivo, com incremento médio anual (IMA) equivalente a 30 m³ ha^-1 ano^-1 de madeira sem casca aos 9 anos de idade (273 m³ ha^-1), está localizado na Fazenda das Estrelas (Quadro 1), Município de Alambari (23°55'S, 47°09'W, altitude de 650 m), enquanto o sítio menos produtivo, com um IMA de 22 m³ ha^-1 ano^-1 (191 m³ ha^-1), está situado na Fazenda Ariona, Município de Itatinga (23°01'S, 48°61'W, altitude de 700 m). De acordo com a classificação de Köeppen, o clima é do tipo Cwa, com temperatura média no mês mais frio abaixo de 18 ºC e no mês mais quente acima de 22 ºC. A precipitação média anual é cerca de 1.200 mm, em que 73% desta ocorre entre os meses de outubro e março. Esses sítios foram originalmente ocupados pela vegetação de Cerrado. O solo no sítio mais produtivo foi classificado como Latossolo Vermelho-distrófico (LVd), distrófico, A moderado, textura média, relevo plano a suavemente ondulado; e o do sítio menos produtivo, como Neossolo Quartzarênico (RQ), A moderado, textura arenosa, relevo plano a suavemente ondulado (EMBRAPA, 1999). Os atributos físicos e químicos dos solos estão apresentados nos Quadros 2 e 3.

Os povoamentos florestais deste estudo foram plantados em 1992, a partir de mudas de Eucalyptus grandis provenientes do pomar de sementes do Programa de Melhoramento Genético da Companhia Suzano. As relações raiz/parte aérea foram aqui estudadas em povoamentos a partir de mudas propagadas por sementes (e não com clones), para se conhecer o comportamento geral da espécie. Os dois sítios foram manejados pelo sistema de "cultivo mínimo" (GONÇALVES et al., 2004). O preparo do solo consistiu da subsolagem das linhas de plantio na profundidade de 40 cm. Nos dois sítios, o espaçamento foi de 3,0 m x 2,0 m, e a adubação de plantio consistiu na aplicação de 260 kg ha^-1 06-30-06 (NPK) mais 330 kg ha^-1 de fosfato parcialmente acidulado (FAPS). A adubação de cobertura foi realizada três meses pós-plantio, com a aplicação de 80 kg ha^-1 20-00-20 (NPK), mais 300 kg ha^-1 14-07-28 (NPK) dois anos pós-plantio. A condução dos povoamentos foi realizada sob o regime de alto fuste.

As equações para estimativa da biomassa dos componentes das árvores foram ajustadas a partir de dados coletados com a amostragem destrutiva de 10 árvores em cada sítio florestal. Foram definidas cinco classes de diâmetro, com duas árvores por classe amostrada. As árvores-amostra foram abatidas e os componentes da copa (galhos e folhas), pesados. Amostras de cerca de 200 g de todos os componentes foram coletadas para determinação do peso de matéria seca em estufa a 75 ± 2 °C. Os pesos de matérias secas totais de galhos e folhas foram calculados a partir do peso de matéria fresca total e do teor de umidade (REIS et al., 1985).

A determinação do volume do fuste com e sem casca foi realizada a partir da cubagem rigorosa e pela aplicação sucessiva da expressão de Smalian, em seções de 2 m de comprimento até um diâmetro-limite de 3 cm. Em seguida foram retirados discos de madeira com casca, de aproximadamente 2,5 cm de espessura, das extremidades das seções que correspondem à base, ao meio e ao topo de cada árvore-amostra. Os discos foram utilizados para o cálculo da densidade básica da madeira do fuste e da densidade básica da casca de cada árvore-amostra (VITAL, 1984). As estimativas das biomassas do fuste e da casca do fuste foram, então, obtidas pela multiplicação do volume pela respectiva densidade básica.

A biomassa de raízes foi determinada pela combinação da amostragem com sonda para raízes finas < 3 mm em diâmetro e pelo método de escavação para raízes > 3 mm em diâmetro. Uma trincheira foi escavada ao redor de cada árvore (3 m × 2 m e 1 m de profundidade). Todas as raízes maiores que 3 mm em diâmetro foram separadas do solo por peneiramento e catação manual. A raiz pivotante e as outras raízes mais grossas foram retiradas da trincheira com uma retroescavadeira equipada com um braço hidráulico. A biomassa fresca total de raízes médias e grossas foi determinada numa balança com capacidade máxima para 300 kg. Cerca de 200 g de raízes foram amostradas de cada árvore, para determinação do peso de matéria seca em estufa a 75 ± 2 °C. Esse peso total de raízes > 3 mm foi calculado a partir de seu peso de matéria fresca total.

As raízes finas foram amostradas com uma sonda (45 mm de diâmetro interno) no meio da linha de plantio e no meio da entrelinha, a uma distância de 100 e 150 cm, respectivamente, da árvore (ou toco) selecionada. As profundidades amostradas foram: 0-10, 10-20, 20-30, 30-50 e 50-100 cm. As raízes foram cuidadosamente lavadas em água corrente sobre uma peneira de cerca de 0,5 mm de vão, para remoção das partículas de solo aderidas e, posteriormente, decantação das partículas de solo restantes numa bandeja branca. As raízes foram separadas de fragmentos de folhas e outros detritos orgânicos, com o auxílio de pinças; as raízes vivas foram separadas das mortas, tendo por base alguns atributos visuais: coloração mais clara, aparência translúcida e por não se quebrarem facilmente quando submetidas à pequena torção (GONÇALVES e MELLO, 2000).

Para as estimativas das biomassas dos componentes da parte aérea e do sistema radicular das árvores-amostra, foram utilizados o diâmetro à altura do peito (DAP) e a altura (H) (SCHUMACHER e HALL, 1933) ou a sua combinação (DAP²H), como variáveis independentes para o ajuste dos seguintes modelos testados:

em que:

Ln = logaritmo neperiano;

Y = biomassa, em kg;

b_i = parâmetros do modelo, para i = 1, 2 e 3;

DAP = diâmetro a 1,3 m de altura, em cm;

H = altura total, em m; e

e = erro aleatório.

Para avaliar a precisão das equações, foram utilizados o coeficiente de determinação (R²), o erro-padrão da estimativa (S_y.x) e a análise gráfica de resíduos porcentuais (R%), de acordo com Paula Neto (1977):

em que:

Y_est = média estimada de biomassa (kg); e

Y_obs = média observada de biomassa (kg).

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

As equações se ajustaram bem aos dados observados pela análise conjunta dos respectivos coeficientes de determinação (R²) e pelo erro-padrão da estimativa (S_y.x) (Quadros 4 e 5). As equações para estimativa das biomassas do fuste e da casca apresentaram as melhores capacidades preditivas, inclusive quando se utilizaram equações comuns aos dois sítios deste estudo. As equações de regressão ajustadas para estimativa da biomassa do fuste geralmente se aplicam a vários sítios, graças à relação consistente entre a biomassa do fuste e o tamanho das árvores (REIS et al., 1985). No modelo de Schumacher e Hall (1933), a variável DAP foi significativa a 95% de probabilidade, em todas as equações ajustadas, exceto para a estimativa da biomassa de galhos. Reis et al. (1985) também obtiveram ótimas estimativas para a biomassa do fuste, casca e raízes grossas quando utilizaram DAP e H e suas combinações como variáveis independentes em plantações de Eucalyptus grandis com idades entre 26 e 73 meses. A menor qualidade de ajuste obtida para a biomassa dos componentes da copa pode ser atribuída à competição entre as árvores de diferentes classes fitossociológicas, em que a biomassa de folhas e galhos é muito dependente da posição relativa desses componentes na copa da árvore (REIS et al., 1985). Da mesma forma, usando as variáveis independentes DAP e H, Schumacher e Caldeira (2001) estimaram as biomassas de casca e galho com boa precisão em povoamentos de Eucalyptus globulus aos 4 anos de idade. No entanto, esses autores verificaram que a precisão nas estimativas das biomassas de folha e galho foram menores. Para obter estimativa mais acurada da biomassa dos componentes da copa em plantações de eucaliptos, Satoo e Madgwick (1982) sugeriram que, além do DAP e H como variáveis independentes, outras variáveis poderiam ser adicionadas, como a altura e o diâmetro da copa e a área basal do alburno. Timoni et al. (1997) recomendaram a inclusão do diâmetro do tronco na inserção do primeiro galho da copa. Soares et al. (1996) constataram que a inclusão do diâmetro do tronco na inserção do primeiro galho como variável dependente aumentou, significativamente, a precisão das estimativas das biomassas de galhos e de folhas em povoamentos de Eucalyptus grandis. Para espécies pouco tolerantes à sombra, como Eucalyptus grandis, a relação entre a biomassa dos componentes da copa e o diâmetro da árvore varia amplamente após o fechamento da copa. Em outras palavras, a biomassa relativa do fuste aumenta, enquanto a de folhas e de galhos diminui (SCHUMACHER e CALDEIRA, 2001). Além disso, Jokela et al. (1986) mencionaram que a biomassa dos componentes da copa são particularmente influenciados pela qualidade do sítio.

A variável altura total (H) não contribuiu significativamente para aumentar a eficácia dos modelos testados. Entretanto, as equações se ajustaram melhor aos dados observados quando se adotou o modelo de regressão linear logaritmizado, que possui DAP²H como variável independente.

As equações específicas para cada sítio apresentaram melhor ajuste para a estimativa da biomassa radicular, principalmente para a biomassa de raízes finas, apesar do pequeno número de árvores amostradas. Embora o R² da equação comum aos dois sítios tenha sido elevado (Quadro 4), o gráfico de dispersão dos dados das árvores-amostra revelou a existência de multicolinearidade entre os tamanhos das árvores, representados pelo DAP e pela biomassa de raízes finas (Figura 1). No sítio menos fértil, o RQ, as biomassas de raízes grossas e finas foram maiores que no LVd, com relação a um mesmo tamanho de tronco. Isso indica a existência de forte efeito do estresse edáfico na relação raiz/parte aérea (REIS et al., 1985). Numa cronosseqüência de povoamentos de Eucalyptus grandis em solos com diferentes potenciais produtivos, Reis et al. (1985) verificaram que a estimativa da biomassa de componentes da copa e de raízes médias (3-10 mm de espessura) e finas (<3 mm), por meio das variáveis independentes DAP e H, foram mais precisas quando se ajustaram equações específicas para cada tipo de solo. Além disso, a precisão das equações para estimar as biomassas de raízes finas poderia ser mais elevada caso as perdas de raízes fossem reduzidas no processo de escavação do solo e manuseio das raízes nas fases de amostragem e preparação das amostras (LACLAU, 2003).

As análises gráficas dos resíduos porcentuais apresentados nas Figuras 2 e 3 foram realizadas nos modelos que possuem DAP²H como variável independente. Verificaram-se homogeneidade na distribuição dos resíduos e sua reduzida amplitude nas equações comuns para a estimativa da biomassa do fuste e da casca e nas equações específicas para raízes grossas e finas. Houve tendência de as equações subestimarem a biomassa de casca das árvores com DAP menores que 10 cm. As distribuições dos resíduos revelaram que, apesar do R² acima de 0,70, os modelos não foram bem ajustados para a estimativa da biomassa de galhos e folhas.

4. CONCLUSÕES

- Os modelos ajustados com a variável combinada DAP²H foram melhores que aqueles com as variáveis DAP e H separadamente.

- As equações foram satisfatoriamente precisas para estimar a biomassa do fuste e da casca, baseadas na análise conjunta do coeficiente de determinação (R²), e do erro-padrão da estimativa (S_y.x) e na análise gráfica dos resíduos.

- Apesar do elevado coeficiente de determinação (R²), as equações ajustadas para estimar a biomassa de folhas e galhos apresentaram baixa capacidade preditiva, baseando-se na análise gráfica dos resíduos.

-As equações específicas de cada local apresentaram melhor capacidade preditiva para estimar a biomassa de raízes finas e grossas.

5. REFERÊNCIAS

Recebido em 24.07.2006 e aceito para publicação em 18.12.2007.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  30 Jun 2008
• Data do Fascículo
  Fev 2008

Histórico

• Recebido
  24 Jul 2006
• Aceito
  18 Dez 2007