Produção e qualidade da biomassa de florestas energéticas no norte do Rio Grande do Sul, Brasil

Orientador : Prof. Dr. Dimas Agostinho da SilvaCo-orientadores : Prof. Dr. Braulio Otomar Caron, Prof. Dr. Jorge Luis Monteiro de MatosTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa: Curitiba, 27/03/2015Inclui referênciasÁrea de concentração : Tecnologia e utilização de produtos florestaisResumo: Este estudo teve como objetivo avaliar a produção e a qualidade da biomassa de florestas energéticas no norte do estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Para isso, foram determinadas as propriedades energéticas e elementares dos diferentes compartimentos da biomassa: madeira, casca, galho e folha, das espécies: Acacia mearnsii De Wild, Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden, Mimosa scabrella Benth e Ateleia glazioviana Baill, distribuídas em diferentes espaçamentos de plantio: 2,0x1,0 m; 2,0x1,5 m; 3,0x1,0 m e 3,0x1,5 m, no primeiro, terceiro e quinto ano após o plantio. Foi analisado um experimento conduzido no município de Frederico Westphalen-RS, instalado em delineamento de blocos completos casualizados com três repetições. Após a derrubada das árvores, foram retirados discos de 2,0 cm de espessura nas posições do tronco: 0% (base), 25%, 50%, 75% e 100% da altura total, para as avaliações da biomassa de madeira e casca. Já para a determinação da biomassa dos galhos e folhas, foram retiradas amostras estratificadas ao longo da copa das árvores e determinado seu peso final. Foram determinadas as variáveis biomassa, poder calorífico superior, massa específica básica, produtividade energética, densidade energética, teor de carbono fixo, material volátil e cinzas, carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre e oxigênio elementar. Os resultados indicaram que as quatro espécies florestais apresentaram diferença em relação à produção de biomassa nos diferentes compartimentos, assim como para os constituintes elementares. O E. grandis e a A. mearnsii apresentam os maiores valores de biomassa, seguido da M. scabrella e A. glazioviana. Os quatro espaçamentos de plantio influenciaram nas propriedades energéticas. O aumento da densidade de plantio apresentou uma relação direta com a produção de biomassa e produtividade energética por unidade de área, nas diferentes idades de avaliação para as quatro espécies. As três idades assim como os quatro compartimentos das árvores induziram um efeito significativo nas propriedades energéticas e nos constituintes elementares. Do ponto de vista energético, até o 5º ano quanto maior a idade e menor o espaçamento de plantio, melhores são as propriedades energéticas da biomassa. Sendo recomendada a utilização do espaçamento 2,0 x 1,0 m para todas as espécies florestais estudadas, em plantios de curta rotação para uma maior produção de biomassa para fins energéticos. Os resultados da pesquisa são conclusivos para a idade dos povoamentos estudados quando se tem por objetivo a produção de biomassa para fins energéticos, os mesmos expressam uma boa tendência da variação que as espécies apresentam quando dispostas aos diferentes tratamentos estudados. Palavras-chave: Produção de biomassa; Propriedades energéticas; Propriedades elementares; Espaçamento de plantio; Energia da biomassa florestal.Abstract: This study aimed to evaluate the production and quality of biomass energy forests in the northern state of Rio Grande do Sul, Brazil. For this, we determine the energy and elementary properties of the different compartments of biomass: wood, bark, twig and leaf species: Acacia mearnsii De Wild, Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden, Mimosa scabrella Benth and Ateleia glazioviana Baill, distributed in different planting spacing: 2.0x1.0 m; 2.0x1.5 m; 3.0x1.0 me 3.0x1.5 m, the first, third and fifth year after planting. An experiment carried out in the city of Frederico Westphalen-RS, installed in a completely randomized randomized with three replicates was analyzed. After the cutting of the trees were removed 2.0 cm thick discs in trunk positions: 0% (base), 25%, 50%, 75% and 100% of the total height for biomass wood and bark reviews. For the determination of biomass and branch and leaf, samples were taken stratified along the treetops and given its final weight. We determined the variables biomass, gross calorific value, specific gravity, energy productivity, energy density, fixed carbon content, volatile matter and ash, carbon, hydrogen, nitrogen, sulfur and elementary oxygen. The results indicated that the forestry species show differences in relation to the production of the various compartments of the biomass as well as the elemental constituents. The E. grandis and A. mearnsii have the highest biomass values, followed by M. scabrella and A. glazioviana. The four planting spacing influenced the energetic properties. Increased planting density showed a direct relationship with the production of biomass and energy yield per unit area, at different ages assessment for the four species. The three ages as well as the four compartments of trees induced a significant effect on the energy properties and elementary constituents. From the energy point of view, to the 5th year with increasing age and lower the planting spacing, the better the energy properties of biomass. Being recommended the use of spacing 2.0 x 1.0 m for all forest species studied, in short rotation plantations for greater production of biomass for energy purposes. The research results are conclusive to the age of the stands studied when the objective is the production of biomass for energy purposes, they express a good trend of variation that species present when arranged in different treatments. Keywords: Biomass production. Energetic properties. Elementary properties. Planting space. Energy of forest biomass

Effect of age and plant spacing on the energy properties of black wattle

The aim of this study was to determine the effect on the energy properties of different biomass components of Acacia mearnsii De Wild distributed in different plant spacings: 2.0x1.0 m, 2.0x1.5 m, 3.0x1.0 m and 3.0x1.5 m, in the 1st, 3rd and 5th years after planting. The experiment was performed in a complete randomized block design in three replicates. The following traits were determined: biomass (BIO), gross calorific value (GCV), basic density (BD), energy productivity (EP), energy density (ED), fixed carbon content (FCC), volatile material content (VMC) and ash content (AC) of different biomass components: wood, bark, branch and leaf. The effect of age significantly influenced all variables, providing an increasing distribution of BIO, EP, BD and ED. The four plant spacings provided different yields of BIO, EP, GCV and BD and the increased spacing caused a tendency to reduce BIO and EP values in all evaluated periods. In the 5th year, even being influenced by the spacing, the BD did not present a systematic increase or decrease over the provided living space. The three components of the trees induced a significant effect on the BIO, GCV, EP, FCC, VMC and AC variables.The aim of this study was to determine the effect on the energy properties of different biomass components of Acacia mearnsii De Wild distributed in different plant spacings: 2.0x1.0 m, 2.0x1.5 m, 3.0x1.0 m and 3.0x1.5 m, in the 1st, 3rd and 5th years after planting. The experiment was performed in a complete randomized block design in three replicates. The following traits were determined: biomass (BIO), gross calorific value (GCV), basic density (BD), energy productivity (EP), energy density (ED), fixed carbon content (FCC), volatile material content (VMC) and ash content (AC) of different biomass components: wood, bark, branch and leaf. The effect of age significantly influenced all variables, providing an increasing distribution of BIO, EP, BD and ED. The four plant spacings provided different yields of BIO, EP, GCV and BD and the increased spacing caused a tendency to reduce BIO and EP values in all evaluated periods. In the 5th year, even being influenced by the spacing, the BD did not present a systematic increase or decrease over the provided living space. The three components of the trees induced a significant effect on the BIO, GCV, EP, FCC, VMC and AC variables

INFLUENCE OF ANATOMY ON THE MECHANICAL RESISTANCE OF WOODS IN AN AGROFORESTRY SYSTEM

This study aimed to evaluate the influence of anatomy on the mechanical resistance of Parapiptadenia rigida (Benth.) Brenan, Peltophorum dubium (Spreng.) Taub., Eucalyptus grandis × Eucalyptus urophylla, and Schizolobium parahyba (Vell.) Blake from an agroforestry system. For this purpose, twelve 9-year-old trees were felled. To evaluate the anatomical properties, the specimens were taken from the diameter region at breast height (DBH at 1.30 m from the ground). To determine the mechanical characteristics, central planks from the DBH of the tree logs were removed to produce test specimens with dimensions of 2.5 × 2.5 × 41.0 cm. The modulus of elasticity, modulus of rupture, tension of the proportional limit, and maximum force were then evaluated. Conversely, test specimens with dimensions of 5 × 5 × 15 cm for were used for the transversal and longitudinal Janka hardness and perpendicular compression tests. The higher the cell wall fraction, vessel frequency, and ray frequency values, the better the mechanical properties. Conversely, with the increase in the fiber diameter, lumen diameter, vessel diameter, height, and width of rays, the values of the mechanical properties of wood are lower

PRODUÇÃO E QUALIDADE DA BIOMASSA DE FLORESTAS ENERGÉTICAS NO NORTE DO RIO GRANDE DO SUL, BRASIL

O presente trabalho foi desenvolvido a convite da Revista Floresta e da coordenação do curso de Pós-Graduação em Engenharia Florestal da Universidade Federal do Paraná em comemoração ao cinquentenário programa. Trata-se de um artigo apresentando os principais resultados da tese intitulada “Produção e qualidade da biomassa de florestas energéticas no norte do Rio Grande do Sul, Brasil” que foi desenvolvida na linha de pesquisa de Tecnologia e Utilização de Produtos Florestais, sob a orientação do professor Dimas Agostinho da Silva. A tese foi desenvolvida no período de fevereiro de 2013 a março de 2015 e houve a colaboração da pesquisadores e colaboradores da Universidade Federal de Santa Maria. O artigo teve como objetivo principal determinar o efeito da idade e dos espaçamentos de plantio na capacidade de produção de biomassa e nas propriedades energéticas de quatro espécies florestais, distribuídas em quatro espaçamentos, em três idades após o plantio

ANATOMY AND DRYING OF WOOD OF FOUR SPECIES FROM AN AGROFORESTRY SYSTEM

Drying is an important process in the generation of wood products, as it increases the quality of the final products; however, it is influenced by various anatomical characteristics. The aim of this study was to evaluate the influence of anatomy on the drying of wood of Parapiptadenia rigida (Benth.) Brenan, Peltophorum dubium (Spreng.) Taub., Eucalyptus grandis W. Hill × Eucalyptus urophylla S.T. Blake (hybrid), and Schizolobium parahyba (Vell.) Blake trees from an agroforestry system. Three trees aged 9 years were sampled for each species. The trees were removed from the study region when their diameter at breast height (DBH) was 1.30 m from the ground. Blocks were made with dimensions of 5.0 × 5.0 × 15.0 cm for the evaluation of oven drying and 1.5 × 1.5 × 2.0 cm for anatomical features. S. parahyba has the highest value of fiber diameter (35.1 µm) and lumen diameter (27.6 µm), whereas P. dubium had the highest value of cell wall thickness (6.8 µm). The average equilibrium moisture content was 10.98% after 40 days of drying. The anatomy of the wood influenced the drying of the four species intensity, which was related to humidity during all periods. The anatomical parameters that most influenced drying were fiber diameter (Pearson correlation coefficient: 0.77), lumen diameter (0.76), and fiber cell wall thickness (0.73); the higher the values, the greater was the drying intensity

Propriedades físico-mecânicas e resistência biológica da madeira de Handroanthus chrysotrichus jovem termicamente modificada.

A madeira no seu estado natural é susceptível ao ataque de organismos xilófagos, sendo muitas vezes necessário o uso de produtos e técnicas que acrescentem resistência à deterioração biológica e vida útil ao material. Neste contexto, a modificação térmica surge como uma alternativa ambientalmente sustentável quando comparado a outras, que utilizam conservantes químicos. Assim, o objetivo deste estudo foi determinar as propriedades físico-mecânicas e resistência biológica da madeira de Handroanthus chrysotrichus jovem termicamente modificada. Para este fim, foram fabricados corpos de prova para a determinação das propriedades físicas, mecânicas e biológicas. Além da amostra de controle (sem modificação térmica), foram aplicadas as temperaturas de 120, 150, 180 e 210ºC durante 4 horas em estufa. Os resultados indicaram a eficácia da modificação térmica como conservante de madeira onde a biodeterioração foi menor com o aumento da temperatura; ocorreram várias alterações nas propriedades físicas do material e observou-se uma tendência de diminuição da resistência mecânica à temperatura de 210ºC. Em geral, o tratamento a 180ºC é mais adequado quando se relaciona a interação das propriedades estudadas.Wood in its natural state is susceptible to the attack of xylophagous organisms, often requiring the use of products and techniques that enhance resistance to biological deterioration and increase the service life of the material. In this context, thermal modification is an environmentally sustainable alternative compared to others that use chemical preservatives. Thus, the objective of this study was to determine the physical-mechanical properties and biological resistance of thermally modified juvenile Handroanthus chrysotrichus wood. For this purpose, specimens were manufactured for the determination of physical and mechanical properties and biological resistance. Besides control samples without thermal modification, four groups of treated specimens were analyzed, submitted to thermal modification during four hours in an oven at temperatures of 1 20, 1 50, 1 80, and 21 0 ºC. The results showed the effectiveness of the thermal modification for wood preservation. Biodeterioration was lower with rising temperature; and improved dimensional stability and increased wood density were observed, although mechanical resistance decreased in the samples treated at 21 0 ºC. In general, the treatment at 1 80ºC is better suited when considering the interaction of the studied properties

EFFICIENCY OF THE USE OF SOLAR RADIATION FOR PLANTS Ilex paraguariensis A. ST. HIL. CULTIVATED UNDER SHADOW AND FULL SUN

A efici\ueancia de convers\ue3o da radia\ue7\ue3o solar em fitomassa \ue9 uma vari\ue1vel frequentemente utilizada em modelos de simula\ue7\ue3o do crescimento das culturas, pois a produ\ue7\ue3o de biomassa est\ue1 relacionada com a efici\ueancia com que uma planta converte energia radiante em qu\uedmica, dada pelo processo da fotoss\uedntese. Dessa maneira, o objetivo deste trabalho foi determinar a efici\ueancia de convers\ue3o da radia\ue7\ue3o solar fotossinteticamente ativa interceptada (RFAi) em fitomassa a\ue9rea de Ilex paraguariensis , cultivada em cons\uf3rcio (Ilex paraguariensis A. St. Hil. e Pinus elliottii Engelm) e solteira. Para tanto, foram determinados a radia\ue7\ue3o solar fotossinteticamente ativa interceptada (RFAi), o \uedndice de \ue1rea foliar e a fitomassa seca das erveiras sob sombreamento e a pleno sol, sendo ent\ue3o, a efici\ueancia de convers\ue3o da RFAi em fitomassa seca produzida calculada por meio da rela\ue7\ue3o entre a produ\ue7\ue3o de fitomassa acumulada e a RFAi envolvida. Para um mesmo valor de radia\ue7\ue3o RFAi, obteve-se maior efici\ueancia de uso da radia\ue7\ue3o no ac\ufamulo em mat\ue9ria seca a\ue9rea de Ilex paraguariensis cultivada em cons\uf3rcio. A efici\ueancia de convers\ue3o (\u3b5b) de fitomassa seca a\ue9rea de plantas de Ilex paraguariensis em rela\ue7\ue3o \ue0 quantidade de radia\ue7\ue3o solar fotossinteticamente ativa interceptada acumulada foi de 0,83 g MJ-1 no sistema cons\uf3rcio e de 0,23 g MJ-1 no sistema solteiro. Apesar disso, a produ\ue7\ue3o de fitomassa a\ue9rea por planta de erva-mate foi maior no sistema solteiro.The efficiency of conversion of the solar radiation in biomass is a variable frequently used in models of simulation the culture growth, because the biomass production is related with the efficiency of which a plant converts radiant energy in chemistry, given by the process of the photosynthesis. The objective of this work was to determine the efficiency of conversion of the photosynthetically active and intercepted solar radiation (RFAi) in Ilex paraguariensis biomass, cultivated in consortium (Ilex paraguariensis A. St. Hil. e Pinus elliottii Engelm) and single. For so much, it was determined the photosynthetically active and intercepted solar radiation (RFAi), the index of leaf area and the biomass dries of the seedlings, being then, the efficiency of conversion of RFAi in biomass dries of the cultivated in consortium and single. For a same radiation value RFAi, is obtained larger efficiency of use of the radiation in the accumulation in matter dries when Ilex paraguariensis is cultivated in consortium. The conversion efficiency (\u3b5b) of biomass total drought of Ilex paraguariensis plants in relation to the amount of the photosynthetically active and intercepted solar radiation (RFAi) accumulated is of 0.83 g MJ-1 in the system consortium and of 0.23 g MJ-1 in the single system. In spite of that, the production of aerial biomass for plant was larger in the single system

Quality assessment of Eucalyptus grandis seedlings using morphological parameters

O presente trabalho teve como objetivo determinar o índice de qualidade Dickson (IQD) e a sua relação com as variáveis morfológicas em mudas de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden produzidas em diferentes tratamentos. O experimento foi conduzido no viveiro agronômico do Centro de Educação Superior Norte do Rio Grande do Sul (CESNORS), em delineamento experimental de blocos completamente casualizados. Foram testados quatro tratamentos, que envolveram dois volumes de tubetes (50 e 90 cm³) e dois níveis de densidade de plantas na bandeja. Avaliaram-se altura da parte aérea, diâmetro do colo, massa seca de folhas, massa seca do caule, massa seca da parte aérea, massa seca de raiz, massa seca total (MST), área foliar (AF) e IQD. O tamanho do tubete e a densidade das mudas na bandeja influenciam significativamente no crescimento das mudas ao longo do tempo, limitando o volume de substrato explorável e gerando competição por espaço pelas plantas. Todas as variáveis avaliadas se correlacionaram significativamente, sendo que o IQD demonstrou ter alto índice com a MST. Os tratamentos com recipiente de volume 90 cm³ foram os que apresentaram os melhores IQD, resultando em mudas de boa qualidade, capazes de suportar as condições adversas do campo. AbstractQuality assessment of Eucalyptus grandis seedlings using morphological parameters. The present work had as objective determines the index of Dickson's quality (IDQ) and its relation to the morphologic variables in Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden seedlings produced in different treatments. The experiment was driven in the agronomic nursery of the Center of Superior Education North of Rio Grande do Sul (CESNORS), in experimental design of randomized complete block. Four treatments were tested, that involved two volumes sizes (50 and 90 cm³) and two levels of density of plants in the tray. It evaluated height of the aerial part, diameter of the lap, mass dries of leaves, mass dries of the stem, mass dries of the aerial part, mass dries of root, mass total drought (MST), foliar area (AF) and the index of Dickson's quality (IDQ). The size of the containers and the density of the seedlings in the tray had significant influence in growth of the seedlings along the time, putting limits to the volume of exploitable substratum and generating competition for space by the plants. All the appraised variables correlated significantly and IDQ revealed high index with MST. The treatments with container of volume 90 cm³ were the ones that presented the best IQD, resulting in seedlings of good quality capable to support the adverse conditions of the field.Keywords: Eucalyptus; containers; density of seedlings; index of Dickson quality.The present work had as objective determines the index of Dickson's quality (IDQ) and its relation to the morphologic variables in Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden seedlings produced in different treatments. The experiment was driven in the agronomic nursery of the Center of Superior Education North of Rio Grande do Sul (CESNORS), in experimental design of randomized complete block. Four treatments were tested, that involved two volumes sizes (50 and 90 cm³) and two levels of density of plants in the tray. It evaluated height of the aerial part, diameter of the lap, mass dries of leaves, mass dries of the stem, mass dries of the aerial part, mass dries of root, mass total drought (MST), foliar area (AF) and the index of Dickson's quality (IDQ). The size of the containers and the density of the seedlings in the tray had significant influence in growth of the seedlings along the time, putting limits to the volume of exploitable substratum and generating competition for space by the plants. All the appraised variables correlated significantly and IDQ revealed high index with MST. The treatments with container of volume 90 cm³ were the ones that presented the best IQD, resulting in seedlings of good quality capable to support the adverse conditions of the field

Ecofisiologia da cana-de-açúcar no sub-bosque de canafístula em arranjos de sistema agroflorestal

The objective of this study was to evaluate physiological and thermal aspects of sugarcane, in North and South oriented lines, in ‘canafístula’ understory under two plant arrangements in an agroforestry system. The experimental design was a completely randomized block in a 2x2x6 factorial, with two agroforestry systems (strip and line), two evaluation lines (North and South) and at six times a day (9am, 10am, 12pm, 2pm, 3pm and 4pm) with three repetitions. The evaluated characteristics were: incident photosynthetically active radiation (RFA), leaf temperature (TF), resistance to vapor diffusion (RS) and transpiration (E) using a digital porometer LI-1600 LI-COR. Analysis of variance revealed differences for the interaction of agroforestry system x evaluation line x time, for all variables. The physiological and thermal characteristics of sugarcane are influenced by plant arrangement, agroforestry system and the local evaluation within the system. The strip system lead to a higher available amount of RFA in its understory, which reflects in increased RS values and reduced E of sugarcane. The South line presented higher E for sugarcane in the morning period in strip system and lower during the afternoon for the line system, due to higher TF values.O objetivo deste trabalho foi avaliar aspectos fisiológicos e térmicos da cana-de-açúcar, em linhas orientadas ao Norte e Sul, no sub-bosque de canafístula em dois arranjos de plantas em sistema agroflorestal. O delineamento experimental utilizado foi de blocos completos casualizados, em esquema fatorial 2x2x6, ou seja, dois sistemas agroflorestais (faixa e linha), duas linhas de avaliação (Norte e Sul) e seis horários do dia (9, 10, 12, 14, 15 e 16 h), com três repetições. As características avaliadas foram: radiação fotossinteticamente ativa (RFA) incidente, temperatura da folha (TF), resistência à difusão de vapor (RS) e transpiração (E), com uso de um porômetro digital LI-1600 LI-COR. A análise de variância revelou diferença na interação Sistema agroflorestal x Linha de avaliação x Hora do dia, para todas as variáveis analisadas. As características fisiológicas e térmicas da cana-de-açúcar são influenciadas pelo arranjo de plantas do sistema agroflorestal e pelo local de avaliação dentro do sistema. O sistema faixa, de modo geral, apresenta maior quantidade de RFA disponível em seu sub-bosque, o que reflete em aumento dos valores de RS e redução da E da cana-de-açúcar. A linha Sul apresenta maior E da cana-de-açúcar pela manhã no sistema faixa e menor a tarde no sistema linha, devido aos maiores valores de TF

Características anatômicas da madeira de Handroanthus cryshotchus submetida ao processo de modificação térmica

A expansão da indústria de produtos madeireiros resulta na demanda por espécies com características tecnológicas e anatômicas ideais principalmente para exportação. Diante disso, espécies nativas surgem como alternativa para substituição de espécies exóticas usualmente empregadas. Com vistas a melhoria das propriedades desse material, alguns métodos como a modificação térmica. Dessa forma, o objetivo do trabalho foi analisar as características anatômicas da madeira de Handroanthus chrysotrichus submetida ao processo de modificação térmica. Para tanto, o tratamento térmico foi aplicado em estufa com circulação de ar forçada nas temperaturas de 120, 150, 180 e 210 °C durante 4 h. Posteriormente, foram confeccionadas e analisadas lâminas histológicas e de macerado. Os resultados obtidos revelaram que a modificação térmica alterou a estrutura anatômica da madeira de Ipê-amarelo ficando comprovado que as temperaturas que mais afetam os caracteres anatômicos da espécie variam entre 150 e 180 º C