Livro Dendrometria e Inventário Florestal

Carlos Pedro Boechat Soares; Francisco de Paula Neto; Agostinho Lopes de Souza

BIOMASSA E CARBONO

1. Definição de biomassa

Segundo Odum (1986), biomassa pode ser definida como a massa orgânica produzida por unidade de área, podendo ser expressa em peso de matéria seca, peso de matéria úmida e peso de carbono. Sua medição é um instrumento útil na avaliação de ecossistemas, em virtude da aplicação na análise da produtividade, conversão de energia, ciclagem de nutrientes e absorção e armazenagem de energia solar, entre outros (CAMPOS, 1991; CARBONERA PEREIRA et al., 1997).

2. Quantificação da biomassa e carbono

As quantidades de biomassa e carbono presentes na parte aérea e sistema radicular de uma árvore podem ser obtidas através do método destrutivo ou do método indireto (SALATI, 1994; SANQUETTA et al., 2002).

2.1. Método destrutivo ou direto

A utilização deste método implica, necessariamente, na seleção e derrubada de árvores-amostra para obtenção dos dados.

2.1.1. Seleção das árvores-amostra

A seleção de árvores-amostra para obtenção de dados para o estudo da biomassa da parte aérea e do sistema radicular baseia-se, fundamentalmente, em três procedimentos básicos:

a) Seleção de um número de árvores igualmente repartidas em classes ou categorias de tamanho relativo às características do povoamento (DAP, altura, classe de copa, ...).

b) Seleção de um número de árvores, proporcionalmente às respectivas freqüências nas classes ou categorias de tamanho.

c) Seleção de árvores baseadas em parâmetros fitossociológicos, no caso de florestas tropicais naturais.

Avaliando a produção de biomassa do tronco de cinco espécies de eucalipto, Silva (1983) distribuiu as árvores do povoamento em três classes de copa: árvores dominantes, co-dominantes e dominadas. Em cada classe foi escolhida uma árvore de altura média, para determinação da biomassa do tronco. Ferreira (1984), avaliando a produção de biomassa e a ciclagem de nutrientes da parte aérea e radicular de povoamentos de Eucalyptus grandis, em diferentes idades e sítios, e Finke Herrera (1989), em estudo sobre a densidade da madeira e equações de peso de matéria seca da madeira de eucalipto, estratificaram o povoamento em classes de DAP e selecionaram de três a cinco árvores por classe de diâmetro. Semelhantemente, Pereira (1990) e Molica (1992) selecionaram, respectivamente, duas e três árvores de diâmetros médios para avaliar a produção de biomassa, a ciclagem de nutrientes e a eficiência nutricional de diferentes espécies de eucalipto. Porém, Souza (1989), avaliando o efeito de dois espaçamentos na produção em peso e volume de Eucalyptus grandis, estratificou o povoamento em classes de diâmetro e selecionou um número de árvores proporcional ao número destas na respectiva classe.

2.1.2. Amostragem da parte aérea

Compreendem como parte aérea das árvores o conjunto de galhos e folhas, o tronco (constituído pela madeira e pela casca) e os frutos e as flores, se presentes.

A seqüência de passos que devem ser seguidos para permitir determinar a biomassa de folhas em uma árvore é:

1. Abater a árvore e pesar todo o conjunto de folhas para obter o peso total úmido no campo – PU(c).

2. Retirar uma amostra de peso conhecido do conjunto de folhas – PU(a).

3. Levar a amostra de folhas ao laboratório para a determinação do peso da matéria seca – PS(a). A secagem deve ser realizada em estufa de circulação forçada de ar em temperatura menor que 100 ^oC, para que não haja combustão do material. Este deverá permanecer na estufa até a estabilização do peso de sua matéria seca.

A seqüência de passos para a determinação da biomassa de galhos é a mesma nas folhas. Porém, no caso dos galhos, a amostra que será levada ao laboratório deverá ser composta de fragmentos de galhos localizados em diferentes posições da copa da árvore. Além disso, a temperatura de secagem dos galhos deverá ser de aproximadamente 103 ± 2 ^oC. Quanto à amostragem de flores e frutos, segue-se o mesmo passo para a determinação da biomassa de folhas.

Embora existam diferentes metodologias para a determinação da biomassa do fuste, incluindo a madeira e a casca, a seguinte metodologia apresenta maior operacionalidade, bem como menor custo na coleta de dados. Assim, tem-se a seguinte seqüência de operações:

1. Cubar rigorosamente o fuste da árvore para obter o volume com casca, o volume sem casca e o volume de casca.

2. Retirar discos de madeira de 2,5 cm de espessura a 0, 25, 50, 75 e 100% da altura comercial da árvore.

3. Retirar, de cada disco, amostras (cunhas) contendo casca e madeira para a determinação, em laboratório, da densidade básica média da madeira e da casca em cada ponto de amostragem do fuste.

2.1.3. Amostragem do sistema radicular

A amostragem do sistema radicular de árvores individuais, além de propiciar o conhecimento da produção de biomassa de diferentes espécies florestais, normalmente também é feita com o intuito de verificar a eficiência nutricional de plantas e observar o desenvolvimento de suas raízes em condições climáticas desfavoráveis ao crescimento (FERREIRA,1984; GOMES,1993).

O método direto ou destrutivo, segundo Bohm (1979), é o mais apropriado para o estudo de quantificação de biomassa do sistema radicular, uma vez que permite a pesagem imediata e a medição das raízes após sua retirada do solo, podendo-se, com isso, obter o peso das raízes por classe de tamanho. Os métodos diretos mais utilizados no estudo de raízes, segundo esse autor, são a escavação, a amostragem por monólitos e a tradagem.

A escavação consiste em expor total ou parcialmente o sistema radicular, por meio da remoção cuidadosa do solo, para não causar danos às raízes. Além de quantificar o sistema radicular, permite estudar a distribuição natural das raízes no solo, bem como sua forma e cor. A principal desvantagem desse procedimento está no fato de haver um grande dispêndio de tempo para a sua realização (BOHM, 1979).

A amostragem por monólitos, segundo Bohm (1979), consiste na retirada de blocos de solo, contendo raízes, os quais podem ser de formas retangular, quadrada ou circular, sendo utilizado aquele de maior facilidade de uso e mais apropriado. A principal vantagem desse método, segundo aquele autor, é que ele permite fazer uma avaliação precisa da distribuição vertical e horizontal do sistema radicular, bem como obtenção da massa de raízes por classe de tamanho. Entretanto, apresenta como desvantagem o dispêndio muito grande de tempo na movimentação e peneiramento de terra.

A tradagem consiste na retirada de amostra de solo – raiz, por meio de trados, sem a abertura de valas ou trincheiras. Como os trados possuem diferentes tamanhos e diâmetros, podem-se retirar amostras em diferentes profundidades e de diferentes volumes, sendo, portanto, ajustável conforme a espécie vegetal e as condições de experimentação. O método de tradagem é muito eficiente para a determinação da biomassa de raízes finas, fácil de ser empregado, causa pouco distúrbio na área de estudo e economiza tempo e mão-de-obra; contudo, apresenta limitações quando usado em solos pesados, compactados ou pedregosos, não permite o estudo da morfologia dos sistemas radiculares e tem inconveniente operacional quando utilizado em profundidades superiores a 1,0 m (BOHM,1979).

Como metodologia para obtenção de dados de biomassa de raízes em plantios, seja a seguinte seqüência de operações:

1. Escavar (1/4) da área útil da árvore.

2. Retirar toda a terra até não encontrar mais raízes.

3. Peneirar toda a terra para separar as raízes.

4. Pesar todas as raízes encontradas e extrapolar para a área útil da planta (multiplicar por 4).

5. Abater a árvore e retirar e pesar a raiz pivotante, quando ela estiver presente.

6. Do total de raízes (itens 4 e 5), retirar amostra contendo raízes finas e grossas – PU(a).

7. Secar a amostra de raízes em estufa de circulação forçada de ar a aproximadamente 100 ^oC – PS(a).

2.1.4. Determinação da biomassa

Uma vez realizadas a coleta dos dados de campo e as análises laboratoriais, a biomassa de folhas, galhos e raízes das árvores-amostra pode ser obtida pela seguinte expressão (SILVA, 1983; FERREIRA, 1984; PEREIRA, 1990; MOLICA,1992; SOARES, 1995):

em que: PS(c) = biomassa, em kg; PU(c) = peso de matéria úmida de folhas, galhos e raízes, em kg; PU(a) = peso de matéria úmida da amostra levada ao laboratório, em kg; e PS(a) = peso de matéria seca da amostra, em kg.

A biomassa da madeira e da casca dos fustes das árvores-amostra, por sua vez, pode ser obtida pela seguinte expressão (VITAL et al., 1985; FINKE HERRERA, 1989; SOUZA, 1989):

em que: PS(c) = biomassa da madeira ou da casca, em kg; V = volume de madeira ou da casca, em m³; DBMT = densidade básica média da madeira, em kg/m³; e DBC = densidade básica da casca, em kg/m³.

2.1.5. Conversão da biomassa em carbono

O teor de carbono de diferentes partes da árvore pode ser obtido através de análises químicas. No entanto, segundo a literatura, o teor de carbono elementar presente na constituição da matéria seca (biomassa) de diferentes partes da árvore está em torno de 50%, isto é, para cada tonelada de matéria seca, cerca de 0,5 tonelada é carbono.

Higuchi e Carvalho Jr. (1994) encontraram um teor médio de carbono na manta orgânica de uma floresta tropical úmida densa de Terra-Firme igual a 39,3%. Em plântulas menores que 50 cm de altura, em mudas (indivíduos com altura maior que 50 cm e menores que 5,0 cm de DAP) e em galhos finos, os teores médios de carbono foram de 46,5%, 49,3% e 46,8%, respectivamente. Esses mesmos autores encontraram também os teores médios de carbono na base e topo dos fustes de diferentes espécies arbóreas da região. Em média, o teor de carbono na base dos fustes foi igual a 48,5% e no topo, igual a 48,2%, com um mínimo de 46% e máximo de 53%, na base dos fustes da espécie vulgarmente denominada breu.

Assim, a conversão das estimativas de biomassa de árvores individuais e de povoamentos, obtidas com base no peso de matéria seca, em estimativas de carbono, pode ser realizada satisfatoriamente pela aplicação da seguinte expressão:

Cabe mencionar que as amostras levadas ao laboratório para determinação do peso de matéria seca das diferentes partes das árvores podem ser utilizadas para determinar o teor de carbono, resultando em maior precisão das estimativas. Contudo, há de se mencionar, também, que isso pode encarecer muito o processo, tornando-o, às vezes, inviável economicamente, devido ao elevado número de amostras.

2.2. Método não destrutivo ou indireto

O método indireto é preferencialmente utilizado para facilitar o trabalho de campo e diminuir o custo de coleta de dados. Para isso, são utilizados modelos de regressão, lineares ou não-lineares, cujas variáveis independentes são as características diretamente mensuráveis das árvores-amostra (diâmetro, altura, ...) e as variáveis dependentes, a biomassa expressa pelo peso de matéria seco dos seus componentes e a quantidade de carbono.

Para estimar a biomassa de árvores individuais, segundo Campos e Valente (1993), as variáveis independentes mais utilizadas nos modelos são o diâmetro com casca a 1,30 m (DAP), a altura total e o volume. Outras variáveis são ocasionalmente utilizadas, como a idade, o índice de local e a largura da copa. De acordo com Satoo e Madgwich, citados por Ferreira (1984), essas variáveis não são suficientes para estimar a biomassa dos componentes da copa da árvore, tornando necessário incluir no modelo o comprimento da copa e o diâmetro do tronco na sua base, uma vez que este último está muito relacionado à resistência requerida para suportar o peso da copa da árvore.

Trabalhando com Quercus ilex, Canadell et al. (1988) perceberam que o DAP da árvore era uma variável muito forte na predição da biomassa da parte aérea da planta, mas melhores estimativas foram obtidas quando se incluíram a variável altura da copa e a projeção do seu diâmetro nos modelos logarítmicos.

Como exemplo de modelos para estimar a biomassa de diferentes partes das árvores (tronco, galhos, folhas e raízes), tem-se:

Em que: Log = logaritmo base 10; Y = biomassa, em kg; H = altura total ou comercial, em metros; DAP = diâmetro com casca medido a 1,30 metro do solo, em centímetros; I = idade, em meses; β₀ a β₂ = parâmetros do modelo.

Como exemplo de equações para estimar a biomassa e o carbono de componentes da parte aérea de árvores de Eucalyptus grandis aos 77 meses de idade, têm-se as desenvolvidas por Soares (1995) e Soares e Oliveira (2002):

em que: Y = biomassa ou carbono, em kg; DAP = diâmetro com casca medido a 1,30 m, em centímetros; e Ht = altura total, em metros.

Santos (1996) publicou as seguintes equações para estimar a biomassa da parte aérea de árvores (em toneladas) na Amazônia central:

AMARO (2010) ajustou a seguintes equações para estimar o carbono estocado no fuste das árvores com (CFcc) ou sem casca (CFsc), em uma Floresta Estacional Semidecidual no município de Viçosa, Minas Gerais, em função do DAP e da altura total (Ht) e do fuste (Hf):

3. Acúmulo de biomassa pelas florestas

As florestas acumulam biomassa através da fotossíntese. O acúmulo é diferente em cada local onde ela é medida, refletindo uma variação causada por diversos fatores ambientais e por fatores inerentes à própria planta. Segundo Kramer e Kozlowski (1972), citados por Campos (1991), o acúmulo de biomassa é influenciado por todos aqueles fatores que afetam a fotossíntese e a respiração, a exemplo luz, temperatura, concentração de CO₂ do ar, umidade e fertilidade do solo, fungicidas, inseticidas e doenças, além de fatores internos, que incluem a idade das folhas, sua estrutura e disposição; a distribuição e o comportamento dos estômatos; o teor de clorofila; e a acumulação de hidratos de carbono (CARBONERA PEREIRA et al., 1997).

Durante a fase inicial do desenvolvimento de uma floresta, grande parte de carboidratos é canalizada para a produção de biomassa da copa. Posteriormente, quando as copas começam a competir entre si, a produção relativa de tronco aumenta e a de folhas e ramos diminui, gradativamente (CROMER, 1975; LARCHER, 1984; REIS; BARROS, 1990; CALDEIRA et al., 2000).

A avaliação do potencial produtivo de um sítio ou local, por meio da produção de biomassa, é fundamental no manejo e planejamento das indústrias de base florestal, especialmente quando se tem conhecimento da distribuição de biomassa nos componentes da árvore, em seqüência de idade (REIS et al., 1985; PEREIRA, 1990).

A título de exemplo, Santos (1996) apresentou as seguintes estimativas sobre a produção de biomassa acima do nível do solo em florestas da Amazônia brasileira:

Um exemplo de estimativas de biomassa nos plantios de eucalipto em diferentes idades e regiões são os dados do Quadro 6.1 (Clique aqui para acessar o Quadro 6.1). De acordo com as estimativas médias apresentadas, a parte aérea contribui, em média, com 70,95% do estoque de biomassa. Somente o fuste sem casca é responsável por 47,64% do total, enquanto as raízes colaboram, em média, com 18,95% do total e a manta orgânica, com 10,10%.

Na região do Médio Rio Doce, em Minas Gerais, Drumond (1996) encontrou as seguintes estimativas para a produção de biomassa acima do nível do solo e manta orgânica para diferentes tipos de vegetação:

Além disso, o referido autor estimou a produção de biomassa acima do solo, em toneladas por hectare, das 10 espécies predominantes na Mata Natural I (Quadro 6.2).

Quadro 6.2 - Médias dos diâmetros e das alturas e biomassa, por hectare, em diferentes componentes das árvores das 10 espécies predominantes na Mata Natural I

Amaro (2010) estimou o seguinte estoque de carbono em diferentes compartimentos de uma Floresta Estacional semidecidual em Viçosa, Minas Gerais (Quadro 6.3):

Quadro 6.3 - Estoque total médio de carbono (t ha^-1) na Mata da Silvicultura

4. Referências Bibliográficas

AMARO, M.A. Quantificação do estoque volumétrico, de biomassa e de carbono em uma floresta estacional semidecidual no município de Viçosa-MG. Viçosa: UFV, 2010.168 f. Tese (Doutorado em Ciência Florestal) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.

ASSIS, R.L. et al. Produção de biomassa de Eucalyptus urophylla S. T Blake sob diferentes espaçamentos na região de cerrado de Minas Gerais. Viçosa, MG: Revista Árvore, v. 23, n. 2, p. 151-156, 1999.

BOHM, W. Methods of studying roots system. New York: Springer Verlag, 1979. 188 p.

CALDEIRA, M.V.W. et al. Produção de biomassa em uma procedência australiana de Acácia mearnsii De Wild., plantada no sul do Brasil. Revista Árvore, Viçosa, v. 24, n. 2, p. 201-206, 2000.

CAMPOS, J.C.C.; VALENTE, O.F. Considerações sobre o inventário de povoamentos florestais, com ênfase na biomassa e na sua transformação em carvão vegetal. Boletim Técnico SIF, Viçosa, n. 1, 19 p., 1993.

CAMPOS, M. A. A. Balanço de biomassa e nutrientes em povoamentos de Ilex paraguariensis: avaliação na safra e na safrinha. Curitiba: UFPR, 1991. 106 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Paraná, Curitiba.

CANADELL, J.; RIBA, M.; ANDRÉS, P. Biomass equations for Quercus ilex L. in the Montseny, northeastern Spain. Forestry, v. 61, n. 2, p. 137-147, 1988.

CARBONERA PEREIRA, J. et al. Produção de biomassa em um povoamento de Acácia mearnii De Wild. no estado do Rio Grande do Sul. Revista Árvore, Viçosa, v. 21, n. 4, p. 521-526, 1997.

CROMER, R.N. et al. Eucalyptus plantations in Australia: the potential for intensive production. Victoria, Appita. v. 29, p. 165-173, 1975.

DRUMOND, M.A. Alterações fitossociológicas e edáficas decorrentes de modificações da cobertura vegetal na Mata Atlântica, região do médio Rio Doce, Minas Gerais. Viçosa, MG: UFV, 1996. 73 f. Tese (Doutorado em Solos e Nutrição de Plantas) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.

FERREIRA, M.G.M. An analysis of the productivity of Eucalyptus grandis plantations in the “cerrado” region in Brazil: a nutrient cycling approach. Vancouver: UBC, 1984. 230 f. Thesis (Ph. D.) – University of British Columbia, Vancouver.

FINKE HERRERA, M.E. Densidade básica e equações de peso de madeira seca de povoamentos de eucaliptos de acordo com a idade, espécie e método de regeneração. Viçosa, MG: UFV, 1989. 113 f. Dissertação (Mestrado em Ciência Florestal) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.

GOMES, R.T. Efeito do espaçamento no crescimento e nas relações hídricas de Eucalyptus spp. na região de cerrado de Minas Gerais. Viçosa, MG: UFV, 1993. 85 f. Dissertação (Mestrado em Ciência Florestal) – Universidade Federal de Viçosa. Viçosa.

HIGUCHI, N.; CARVALHO JR.; J.A. Fitomassa, conteúdo e carbono de espécies arbóreas da Amazônia. In: SEMINÁRIO EMISSÃO X SEQÜESTRO DE CO₂ – Uma nova oportunidade de negócios para o Brasil, 1994, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Companhia Vale do Rio Doce, 1994.

LADEIRA, B.C. et al. Produção de biomassa de eucalipto sob três espaçamentos, em uma seqüência de idade. Viçosa, Revista Árvore, Viçosa, v. 25, n. 1, p. 69-78, 2001.

LARCHER, W. Olkologie der Pflanzen. Stuttgart: Eugen Ulme Gmbh & Co, 320 p. 1984.

MOLICA, S.G. Produção de biomassa e eficiência nutricional de híbridos interespecíficos de eucalipto, em duas regiões bioclimáticas de Minas Gerais. Viçosa, MG: UFV, 1992. 84 f. Tese (Doutorado em Solos e Nutrição de plantas) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.

ODUM, E.P. Ecologia. Rio de Janeiro: Guanabara, 1986. 434 p.

PEREIRA, A.R. Biomassa e ciclagem de nutrientes minerais em povoamentos jovens de Eucalyptus grandis e Eucalyptus urophylla, em região do cerrado. Viçosa, MG: UFV, 1990. 167 f. Tese (Doutorado em Solos e Nutrição de Plantas) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.

REIS, M.G.F. et al. Acúmulo de biomassa em uma seqüência de idade de Eucalyptus grandis, plantado no cerrado em duas áreas com diferentes produtividades. Viçosa, Revista Árvore, Viçosa, v. 9, n. 2, p. 149-162, 1985.

REIS, M.G.F.; BARROS, N.F. Ciclagem de nutrientes em plantios de eucalipto. IN: BARROS, N.F.; NOVAIS, R.F. (Eds.). Relação solo-eucalipto. Viçosa, MG: UFV,. 1990. p. 256-296.

SALATI, E. Sumário executivo. In: SEMINÁRIO EMISSÃO X SEQÜESTRO DE CO₂ – Uma nova oportunidade de negócios para o Brasil, 1994, Rio de Janeiro. Anais... Rio de Janeiro: Companhia Vale do Rio Doce, Rio de Janeiro.

SANQUETTA, C.R. Métodos de determinação de biomassa florestal. In: SANGUETA, C.R. (Ed.). As florestas e o carbono. Curitiba, Brasil: 2002. p.119-140.

SANTOS, J. Análise de modelos de regressão para estimar a fitomassa da floresta tropical úmida de Terra-Firme da Amazônia Brasileira. Viçosa, MG: UFV, 1996. 121 f. Tese (Doutorado em Ciência Florestal) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.

SILVA, H.D. Biomassa e aspectos nutricionais de cinco espécies de Eucalyptus, plantados em solo de baixa fertilidade. Viçosa, MG: UFV, 1983. 91 f. Dissertação (Mestrado em Solos e Nutrição de Plantas) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.

SOARES, C.P.B. Modelos para estimar a biomassa da parte aérea em um povoamento de Eucalyptus grandis na região de Viçosa, Minas Gerais. Viçosa MG: UFV, 1995. 86 f. Dissertação (Mestrado em Ciência Florestal) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.

SOARES, C.P.B.; OLIVEIRA, M. L.R. Equações para estimar a quantidade de carbono presente na parte aérea de árvores de eucalipto em Viçosa, Minas Gerais. Revista Árvore, Viçosa, MG. v. 26, n. 5, p. 533-539, 2002 .

SOUZA, R.N. Efeito de dois espaçamentos na produção em peso e volume de Eucalyptus grandis (W. Hill ex Maiden). Viçosa, MG: UFV, 1989, 88 f. Dissertação (Mestrado em Ciência Florestal) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa.

VITAL, B.R. et al. Tabelas de peso seco para algumas espécies de eucalipto. Viçosa: Boletim Técnico SIF, Viçosa, n. 1, p. 29, 1985.