Programa Cooperativo sobre Torre de Fluxo

O monitoramento em longo prazo dos fluxos de carbono, água e nutrientes em plantações florestais é de extrema importância para compreender o uso dos recursos naturais, a influencia da sazonalidade climática e a sustentabilidade de tais ecossistemas. A realização de tal atividade requer uma grande intensidade amostral, contemplando inúmeras atividades de campo e laboratório, que usualmente são bastante trabalhosas e onerosas. Dependendo da escala de tempo e da área que se pretende avaliar, seguir a metodologia de amostragens em campo trona-se totalmente inviável.

Devido a essas limitações, a utilização de torres de fluxo (Eddy Covariance) vem se tornando uma metodologia cada vez mais robusta, sendo uma ferramenta padrão para a avaliação dos fluxos de carbono, água e energia entre a atmosfera e diferentes ecossistemas, florestais ou agrícolas. As torres são equipadas com equipamentos micrometeorológicos de última geração, posicionados acima do dossel da vegetação foco do monitoramento. Atualmente, existem mais de 500 torres de fluxo espalhadas pelo mundo.

Essa técnica permite obter informações essenciais para o aprimoramento do manejo das florestas plantadas, destacando-se i) determinação contínua da produtividade e do sequestro de carbono em relação às variáveis climáticas; ii) avaliação detalhada do balanço de água no sistema florestal; iii) estimativa de uso e eficiência de uso da água pelo eucalipto; iv) calibração e validação de modelos ecofisiológicos; e v) aprimoramento de práticas silviculturais por meio do uso de tais modelos.

Dessa forma, visando aplicar essa técnica para conhecer em detalhes os fluxos de carbono, água e energia, ao longo de uma rotação completa de Eucalyptus, o IPEF, através de 11 empresas florestais, apoiado por instituições de ensino e pesquisa do Brasil, França e Estados Unidos, criou o Programa Cooperativo EUCFLUX: Quantificação dos Balanços de Carbono, Água e Nutrientes, na Escala do Ecossistema, para uma Rotação do Eucalipto usando Torre de Fluxo.

Durante os anos de 2006 e 2007 foi selecionada a área de instalação da torre, definida e realizada toda a logística de importação dos equipamentos e finalmente sua montagem completa. O início das medições ocorreu em março de 2008, operando sem problema até os dias de hoje, janeiro se 2012.

Metodologia da Torre de Fluxo

A técnica utilizada pelas torres de fluxo é denominada “Eddy Covariance” ou “Covariância de Turbilhões” e avalia as taxas de troca de CO2, vapor de água e energia, na interface entre a atmosfera e o dossel da floresta, por meio da determinação da covariância entre as flutuações na velocidade vertical do vento e a taxa de mistura destes gases no ar. Tal mistura dos gases no ar é feita por turbilhões de vento, daí o nome covariância de turbilhões.

A técnica permite estudar trocas de CO2, água e energia, avaliando as respostas da vegetação às variáveis ambientais, buscando compreender os mecanismos de controle ao longo de diferentes escalas temporais (de segundos a anos) e espaciais (de alguns metros até quilômetros), para aperfeiçoar modelos que trabalham com ciclos de C e H2O.

As concentrações de CO2 e H2O são medidas em alta frequência (20Hz = 20 medições por segundo) utilizando um sensor IRGA (Infra-RedGasAnalyser) , como o Licor 7500. Já as varrições na velocidade vertical do vento são medidas por um anemômetro sônico tridimensional na mesma frequência (20Hz).Os dados são processados em tempo real, integrados a cada 30 minutos e somados para a obtenção de estimativas diárias, mensais e anuais do balaço de energia, evapotranspiração e a produtividade primária líquida do ecossistema (NEP = sequestro de C). A técnica é particularmente interessante para se estudar a fisiologia do ecossistema e quantificar como os fluxos de carbono e água são afetados pelo ambiente e clima em diferentes escalas de tempo e espaço.

As torres integram o comportamento de grandes áreas florestadas (150 a 200 ha), sendo que os fluxos de C podem ser divididos em fotossíntese e respiração das árvores e do solo. Paralelamente, os fluxos de nutrientes podem ser associados ao estágio de desenvolvimento da floresta para obter um balanço, em nível de solo, essencial para análises se sustentabilidade a longo prazo.

Ciclagem Biogeoquímica

Concomitantemente ao uso da torre para avaliar os fluxos entre a floresta e a atmosfera, o projeto Eucflux monitora a dinâmica da água ao longo do perfil do solo até 10 metros de profundidade, em dois locais do sítio experimental (texturas média e argilosa), desde 2008. Também existem três piezômetros próximos à torre monitorando a profundidade do lençol freático desde 2009.

A ciclagem biogeoquímica é avaliada, observando a dinâmica dos nutrientes no perfil do solo, acumulação de nutrientes nos componentes das árvores acima e abaixo do solo, taxa de mineralização dos nutrientes da serapilheira e translocação interna de nutrientes nas árvores.Estudos relacionados à taxa de produção de raízes finas e suas características de absorção de nutrientes em diferentes profundidades foram e estão sendo realizados.

Mapa da área experimental
Mapa da área experimental do Eucflux, mostrando a localização da torre e das 10 repetições do teste clonal

Objetivos

O EUCFLUX tem por objetivo estimar as quantidades de carbono, água, energia, e nutrientes para uma rotação completa de clone de eucalipto, em nível do ecossistema (150 a 200 ha), usando o método da torre de fluxo, para obter o efeito das variáveis ambientais sobre a produtividade da floresta, fertilidade do solo e recursos hídricos, objetivando:

• Medir, diariamente, a produtividade florestal, e os fluxos de energia, carbono e água ao longo de uma rotação, capturando os efeitos sazonais na produtividade;
• Determinar o sequestro de carbono e sua alocação dentro do ecossistema, abaixo e acima do solo;
• Determinar os efeitos de uma plantação florestal sobre a disponibilidade de água;
• Determinar a dinâmica e reserva dos nutrientes (ciclos biogeoquímicos) ao longo de toda a rotação;
• Determinar a eficiência de uso de água, da luz, e dos nutrientes, e seus padrões sazonais;
• Testar (calibração/validação) modelos ecofisiológicos para serem utilizados como ferramentas para fins de produção e sustentabilidade;
• Publicar trabalhos científicos tanto para a comunidade brasileira como para a internacional.

Histórico e Empresas Participantes

O EUCFLUX surgiu como uma iniciativa conjunta de 3 grupos de pesquisa e das empresas participantes, através de reuniões técnico-científicas e administrativas conduzidas ao longo de 2005 e 2006. Estes grupos de pesquisa são o IPEF, Esalq/USP e a North Carolina State University, através do programa BEPP, que desde 2001 trabalha na investigação de temas relacionados à ecofisiologia de plantios de Eucalyptus, do CIRAD (Centre de Coopération Internationale em Recherche Agronomique) instituto francês que há 5 anos desenvolve pesquisas de ecofisiologia conjuntamente com a Esalq/USP, e o IAG/USP (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da USP) a qual participa de projetos em outras torres de fluxo no Brasil. A este grupo de pesquisa se uniram empresas do setor florestal que ratificaram sua participação no programa: ArcelorMittal, Fibria, Bahia Specialty Cellulose, Cenibra, Duratex, International Paper, Klabin, Suzano e V&M Florestal.

Do inicio das medições (março de 2008) até setembro de 2009 foi estudada uma floresta seminal de E. grandis. Em setembro ocorreu a colheita e em novembro a reforma, com o plantio de um clone comercial típico do Estado de São Paulo em toda a área experimental. Na mesma época, foi implantado um Teste Clonal, constituído de 10 repetições com 16 materiais genéticos (2 seminais e 14 clonais) provenientes de diferentes regiões do Brasil, com o objetivo de avaliar o efeito da variabilidade genética sobre a produtividade dos principais materiais genéticos plantados no país atualmente ao longo da paisagem, com diferentes níveis de produtividade. Além de todas as atividades já realizadas pelo projeto principal, foram propostos os seguintes projetos para Teste Clonal: i) efeito da variabilidade genética nos padrões de alocação de carbono e produtividade de madeira; ii) caracterização da capacidade fotossintética e eficiência de uso da agua para os diferentes materiais; iii) avaliação da frente crescimento de raízes e aérea e sua velocidade de exploração das camadas de solo e estrutura do dossel.

A Torre do EUCFLUX

A técnica de torres de fluxo é o método mais confiável para se medir trocas de CO2 e H2O na escala da paisagem, sendo melhor aplicado em terrenos planos e sobre um único tipo de cobertura do solo (floresta ou agricultura), que cubra uma área com raio de pelo menos 50m da torre. Estas condições ótimas foram encontradas em uma fazenda da Duratex, em Itatinga (SP), próxima à Estação Experimental de Ciências Florestais da Esalq/USP, onde existe a estrutura de suporte aos pesquisadores e alunos de graduação e pós-graduação.

Após a definição do local de instalação, a torre foi planejada e sua estrutura foi comprada no Brasil, enquanto todos os equipamentos micrometeorológicos foram importados dos EUA, Inglaterra e Holanda. Ao longo de 2007 os equipamentos foram montados com auxílio técnico do INRA, CIRAD e USP, e um sistema de segurança, com para-raios, cercas de proteção e vigilância foi montado para assegurar a coleta contínua de dados.

A torre, com 35 metros de altura, teve seu “start-up” em janeiro de 2007, e passou a operar de forma ininterrupta, a partir de 1º de março de 2008, sobre uma floresta de Eucalyptus grandis com 6 anos de idade. Durante a colheita e reforma da área experimental, os equipamentos foram cuidadosamente mantidos na torre visando garantir a captura dos fluxos durante esse período. Agora, o novo plantio está com aproximadamente 2 anos e a torre com 22 metros de altura, seguindo a teoria micrometeorológica de que os equipamentos devem estar localizados em média a 10 metros acima do dossel e devem subir a medida que a floresta cresce.

Os Subprojetos

Na Torre
A torre de fluxo será um aglutinador de diversas pesquisas, denominadas de subprojetos, e que irão se compor ao longo dos anos de estudo. Até o presente momento, os seguintes projetos de pesquisa foram realizados ou estão sendo realizados, e integram o projeto Eucflux:

• Sub-Projeto 1: Balanço de Carbono, Água e Energia em Ciclo Completo de Eucalyptus via Torre de Fluxo
• Sub-Projeto 2: Fatores ambientais e fisiológicos que controlam o GPP, NPP, NEP e Alocação de C em Eucalyptus
• Sub-Projeto 3: Eficiência do Uso da Água, Luz e Nutrientes ao Longo de uma Rotação de Eucalyptus
• Sub-Projeto 4: Produtividade e Eficiência de Clones de Eucalyptus: Padrões de Copa, Fisiologia e Alocação
• Sub-Projeto 5: Variabilidade Espacial e Temporal da Produtividade do Eucalyptus através do Balanço C e Uso do MAESTRA
• Sub-Projeto 6: Modelagem do crescimento, ciclo do C, Água e N usando o modelo G’Day
• Sub-Projeto 7: Ciclos Biogeoquimicos em Eucalyptus em função da Variabilidade Textural e Clonal
• Sub-Projeto 8: Métodos diretos e indiretos de medição de uso de água pelo Eucalyptus
• Sub-Projeto 9: Contribuição de raízes finas profundas na nutrição do Eucalyptus em solos arenosos e argilosos
• Sub-Projeto 10: Anisotropia e distribuição de raízes finas de Eucalyptus numa rotação
• Sub-Projeto 11: Uso de Imagens de Satélites e Modelos para Simular Crescimento e Transpiração de Eucalyptus
• Sub-Projeto 12: Avaliação de Vigor e Nutrição de Copa de Eucalyptus com Imagens Multiespectrais de Alta Resolução
• Sub-Projeto 13: Uso de Imagens LIDAR para estimar biomassa e caracterizar dossel e copas individuais de Eucalyptus
• Sub-Projeto 14: Avaliação de Atividade e Nutrição de Copa de Eucalyptus com Imagens Hiperespectrais

No Teste Clonal

• Sub-Projeto 1: Efeito da Variabilidade Genética nos Padrões de Alocação de Carbono e Produtividade de Madeira
• Sub-Projeto 2: Caracterização da Capacidade Fotossintética e Eficiência de Uso da Água Para os Diferentes Materiais
• Sub-Projeto 3: Avaliação da Frente Crescimento de Raízes e Aérea e sua Velocidade de Exploração das Camadas de Solo e Estrutura do Dossel

Vários destes projetos já contam com bolsas de estudos, ou apoio, do Brasil (CNPq, CAPES e FAPESP), e do exterior (França e EUA), e o projeto conta com veículo próprio (Kombi).




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