Visão isotópica da vegetação e os ciclos do carbono e nitrogênio num ecossistema de cerrado, sudeste do Brasil

Carbon and nitrogen biogeochemical cycles in savannas are strongly regulated by the seasonal distribution of precipitation and pulses of nutrients released during the wetting of the dry soil and are critical to the dynamics of microorganisms and vegetation. The objective of this study was to investigate the spatial and temporal variability of C and N isotope ratios as indicators of the cycling of these elements in a cerrado sensu stricto area, within a protected area in a State Park in the state of São Paulo, Brazil. The foliar δ13C and δ15N values varied from -33.6 to -24.4 ‰ and -2.5 to 4.5 ‰, respectively. The δ13C values showed a consistent relationship with canopy height, revealing the importance of structure of the canopy over the C isotopic signature of the vegetation. Carbon isotopic variations associated with the length of the dry season indicated the importance of recent fixed C to the integrated isotopic signature of the leaf organic C. The studied Cerrado species showed a depleted foliar δ15N, but a wide range of foliar Nitrogen with no difference among canopy heights. However, seasonal variability was observed, with foliar δ15N values being higher in the transition period between dry and rainy seasons. The variation of the foliar C and N isotope ratios presented here was consistent with highly diverse vegetation with high energy available but low availability of water and N.Os ciclos biogeoquímicos do carbono e do nitrogênio em savanas são fortemente regulados pela distribuição sazonal de precipitação e pulsos de nutrientes liberados após eventos de chuva, que são críticos para o comportamento dos microrganismos e da vegetação. Investigou-se a variabilidade espacial e sazonal dos isótopos estáveis de C e N como indicadores da ciclagem destes elementos em uma área de cerrado sensu stricto de uma área protegida em um Parque Estadual no estado de São Paulo, Brasil. Os valores de δ13C e δ15N foliar variaram de -33,6 a -24,4 ‰ e -2,5 a 4,5 ‰, respectivamente. Os valores de δ13C apresentaram uma relação consistente com a altura do dossel, mostrando a importância da estrutura da vegetação na assinatura isotópica do C da vegetação. A variação isotópica do Carbono associada com a duração da estação seca indica a importância do C recentemente fixado para integrar a assinatura isotópica do C orgânico da folha. Com relação ao Nitrogênio, as espécies de Cerrado estudadas apresentaram uma grande variação no δ15N foliar. Não houve relação entre o δ15N foliar com a altura do dossel. No entanto, os valores de δ15N foliar apresentaram uma variabilidade sazonal, com maiores valores de δ15N na transição entre as estações seca e chuvosa. A variação encontrada na composição isotópica do C e N foliares foi consistente com o fato de a vegetação ser altamente diversa, tendo que lidar com uma alta disponibilidade de energia, mas baixa disponibilidade de água e N.FAPESP - BIOT

Visão isotópica da vegetação e os ciclos do carbono e nitrogênio num ecossistema de cerrado, sudeste do Brasil

Carbon and nitrogen biogeochemical cycles in savannas are strongly regulated by the seasonal distribution of precipitation and pulses of nutrients released during the wetting of the dry soil and are critical to the dynamics of microorganisms and vegetation. The objective of this study was to investigate the spatial and temporal variability of C and N isotope ratios as indicators of the cycling of these elements in a cerrado sensu stricto area, within a protected area in a State Park in the state of São Paulo, Brazil. The foliar δ13C and δ15N values varied from -33.6 to -24.4 and -2.5 to 4.5 , respectively. The δ13C values showed a consistent relationship with canopy height, revealing the importance of structure of the canopy over the C isotopic signature of the vegetation. Carbon isotopic variations associated with the length of the dry season indicated the importance of recent fixed C to the integrated isotopic signature of the leaf organic C. The studied Cerrado species showed a depleted foliar δ15N, but a wide range of foliar Nitrogen with no difference among canopy heights. However, seasonal variability was observed, with foliar δ15N values being higher in the transition period between dry and rainy seasons. The variation of the foliar C and N isotope ratios presented here was consistent with highly diverse vegetation with high energy available but low availability of water and N.Os ciclos biogeoquímicos do carbono e do nitrogênio em savanas são fortemente regulados pela distribuição sazonal de precipitação e pulsos de nutrientes liberados após eventos de chuva, que são críticos para o comportamento dos microrganismos e da vegetação. Investigou-se a variabilidade espacial e sazonal dos isótopos estáveis de C e N como indicadores da ciclagem destes elementos em uma área de cerrado sensu stricto de uma área protegida em um Parque Estadual no estado de São Paulo, Brasil. Os valores de δ13C e δ15N foliar variaram de -33,6 a -24,4 e -2,5 a 4,5 , respectivamente. Os valores de δ13C apresentaram uma relação consistente com a altura do dossel, mostrando a importância da estrutura da vegetação na assinatura isotópica do C da vegetação. A variação isotópica do Carbono associada com a duração da estação seca indica a importância do C recentemente fixado para integrar a assinatura isotópica do C orgânico da folha. Com relação ao Nitrogênio, as espécies de Cerrado estudadas apresentaram uma grande variação no δ15N foliar. Não houve relação entre o δ15N foliar com a altura do dossel. No entanto, os valores de δ15N foliar apresentaram uma variabilidade sazonal, com maiores valores de δ15N na transição entre as estações seca e chuvosa. A variação encontrada na composição isotópica do C e N foliares foi consistente com o fato de a vegetação ser altamente diversa, tendo que lidar com uma alta disponibilidade de energia, mas baixa disponibilidade de água e N

Agricultura e mudanças do clima no Estado do Tocantins: vulnerabilidades, projeções e desenvolvimento

Eduf

Phytossociology of a dense Cerrado on the footprint of a carbon flux tower, Pé-de-Gigante, Vassununga State Park, SP

O domínio do Cerrado compreende uma área contínua nos estados centrais do Brasil e áreas disjuntas em outros estados, incluindo São Paulo. Essa vegetação ocupava originalmente 21% do território brasileiro, restando atualmente apenas 21,6% de sua extensão original. A área recoberta por essa vegetação em São Paulo cobria 14% de sua área total e seus remanescentes recobrem menos de 1% da ocorrência original dessa vegetação. Estudos recentes indicam que o valor da produtividade líquida no Cerrado Pé-de-Gigante (SP) constitui um pequeno dreno de carbono e indicou que a sazonalidade foi o fator determinante do valor observado. Os estudos dos fluxos de carbono em ecossistemas terrestres são raramente acompanhados de abordagens ecofisiológicas de modo a explorar a relação funcional das espécies que compõem o ecossistema e os valores líquidos obtidos para o mesmo. Assim, o objetivo deste trabalho foi caracterizar estruturalmente a vegetação presente na área de maior influência da torre de fluxo instalada no Cerrado Pé-de-Gigante, visando possibilitar estudos relacionados à quantificação em longo prazo da dinâmica dos fluxos de água, energia e CO2 na vegetação de Cerrado. Para isso foram levantadas 20 parcelas (10 x 10 m) em 0,2 ha de Cerrado, e amostraram-se todas as plantas com perímetro ao nível do solo >6 cm (exceto lianas e árvores mortas). A distribuição das classes de diâmetro e estrutura vertical, assim como os parâmetros fitossociológicos foram analisados. Encontramos 1451 indivíduos, distribuídos em 85 espécies, 52 gêneros e 31 famílias. A densidade absoluta e área basal foram de 7255 ind. ha-1 e de 7,9 m².ha-1, respectivamente. A família Leguminosae apresentou o maior número de espécies (13). O Índice de diversidade de Shannon (H') foi 3,27 nats.ind-1. A distribuição em classes de diâmetro mostrou uma curva de "J" invertido, estando a maioria dos indivíduos na primeira classe. Concluímos que a área deve ser classificada como Cerrado denso, devido principalmente à dominância pela espécie arbórea Anadenanthera falcata, cuja ocorrência no estado foi relatada apenas em locais com solos ricos em saturação de bases na região das Cuestas Basálticas, devido também à maior área basal dos indivíduos, comparando com outros fragmentos de Cerrado. Além da espécie citada, Myrcia lingua e Xylopia aromatica, apresentaram os maiores IVI (Valor de importância).The Cerrado vegetation covers the Brazilian central areas (core area) which include extensive and continuous areas in the central States and some marginal areas in other States, including São Paulo, accounting originally for 21% of Brazilian territory. Nowadays, the remnants are 21,6% of its original coverage. About of 14% of the São Paulo State territory was originally covered with Cerrado vegetation, and today remnants account for less than 1% of the original distribution. Recent studies indicate that the net productivity in the Pé-de-Gigante Cerrado constitutes a small carbon sink, with seasonality playing a major role. The carbon flux studies in terrestrial ecosystems have rarely been accompanied by ecophysiological studies in order to explore the functional relationships among species, ecosystem and the values achieved. Therefore, our objectives were to characterize the vegetation structure in the meteorological and flux tower footprint. The flux tower allows studies related to long term measurements and dynamics of water, solar energy and CO2 fluxes in Cerrado vegetation. Plots (10 x 10 m) were established in 0.2 ha area of Cerrado and all vascular plants with stem perimeter at ground level >6 cm (except vines and dead individuals) were sampled. The distribution of diameter classes and vertical structure, as well as the phytosociological parameters were analyzed. We recorded 1,451 individuals, distributed in 85 species belonging to 31 different families. The absolute density and the basal area were 7,255 ind.ha-1 and 7.9 m².ha-1, respectively. Leguminosae showed the highest number of species (13). The Shannon's Index was 3.27. The distribution of diameter classes showed a curve in inverted "J", most of the individuals being in the initial classes. We concluded that the area must be classified as dense Cerrado, mainly due to Anadenanthera falcata dominance, which occurrence in São Paulo State was reported only in rich soil sites in Cuestas Basaltic regions and also due to major basal area of these individuals, comparing with other Cerrado vegetation sites. A. falcata, Myrcia lingua and Xylopia aromatica showed the highest IVI (Importance value index).FAPESPBIOTA/FAPES

Padrões de evapotranspiração em área de cerrado para cenários de aquecimento com simulações do modelo SiB2

Trabalho publicado em: Ciência e Natura, Santa Maria, v. esp., p. 147-149, dez. 2013

A MODIS-based energy balance to estimate evapotranspiration for clear-sky days in Brazilian tropical savannas

Evapotranspiration (ET) plays an important role in global climate dynamics and in primary production of terrestrial ecosystems; it represents the mass and energy transfer from the land to atmosphere. Limitations to measuring ET at large scales using ground-based methods have motivated the development of satellite remote sensing techniques. The purpose of this work is to evaluate the accuracy of the SEBAL algorithm for estimating surface turbulent heat fluxes at regional scale, using 28 images from MODIS. SEBAL estimates are compared with eddy-covariance (EC) measurements and results from the hydrological model MGB-IPH. SEBAL instantaneous estimates of latent heat flux (LE) yielded r 2= 0.64 and r2 = 0.62 over sugarcane croplands and savannas when compared against in situ EC estimates. At the same sites, daily aggregated estimates of LE were r 2 = 0.76 and r2 = 0.66, respectively. Energy balance closure showed that turbulent fluxes over sugarcane croplands were underestimated by 7% and 9% over savannas. Average daily ET from SEBAL is in close agreement with estimates from the hydrological model for an overlay of 38,100 km2 (r2 = 0.88). Inputs to which the algorithm is most sensitive are vegetation index (NDVI), gradient of temperature (dT) to compute sensible heat flux (H) and net radiation (Rn). It was verified that SEBAL has a tendency to overestimate results both at local and regional scales probably because of low sensitivity to soil moisture and water stress. Nevertheless the results confirm the potential of the SEBAL algorithm, when used with MODIS images for estimating instantaneous LE and daily ET from large areas

Simulação de Fluxos de Superfície sobre Diferentes Tipos de Vegetação

A superfície terrestre nos trópicos e a atmosfera formam um sistemafortemente acoplado. Os fluxos de superfície definem as entradas esaídas de água e energia na baixa atmosfera, e dependem, principalmente,da oferta de radiação, umidade do solo e evapotranspiração, da coberturavegetal e da nebulosidade, além das propriedades dinâmicas etermodinâmicas da camada limite planetária. O desmatamento e as alteraçõesno uso do solo modificam as interações físico-químicas entre o solo, avegetação e a atmosfera. A utilização de modelos meteorológicos acopladosaos modelos biofísicos é fundamental para previsão de cenários futuros dedesmatamento e expansão de áreas agrícolas, tais como as de plantio desoja, uma das culturas utilizadas na produção de biocombustíveis.Neste trabalho foi utilizado o modelo numérico de mesoescalaBRAMS. O módulo de interação solo-vegetação-atmosfera deste modelo(LEAF-3) foi adaptado para contemplar a evolução temporal da cultura desoja, desde o plantio até a colheita. Serão apresentadas comparações entrealguns fluxos de superfície previstos e aqueles observados na Floresta Nacionaldo Tapajós, reportado em Rocha et al (2004), assim como os fluxosprevistos sobre pastagem e soja

Fluxo de ch4 em Área de Floresta ás Margens do Rio Araguaia - MT

The aim of this study was to estimate the methane flux in an area of upland forest on the Araguaia River margin, in Santa Terezinha - MT, 15 km far from the LBA project flux measurement tower on the Bananal island - TO. For this a micrometeorological tower was installed on the river margin, with climatic variables sensors, eddy covariance and methane concentration by open optical path and closed in days of the rainy season in the region. Estimates of CH4 concentration showed good correlation between the sensors, with the highest concentrations at night and lower concentrations during the day, likely effect of differences between CLN and CLC, and averages around 1.8 ppm, near to that found in other sites upland forest. Both the river and the forest are sources of methane to the atmosphere. with a higher methane flux from river directions, being double the average of the direction from forest, but the daytime maximum of the forest direction are larger and can reach up to 30 nmol m-2 s-1.O objetivo deste trabalho foi estimar os fluxos de metano em uma área de floresta de terra firme ás margens do rio Araguaia, em Santa Terezinha - MT, distante 15 km da torre de medições de fluxos do projeto LBA na ilha do Bananal-TO. Para isso uma torre micrometeorológica foi erguida ás margens do rio, com sensores de variáveis climáticas, eddy covariance e concentração de metano por caminho ótico aberto e fechado, em dias da estação chuvosa da região. As estimativas de concentração de CH4 mostraram boa correlação entre os sensores, com maiores concentrações no período noturno e menores concentrações no período diurno, provável efeito das diferenças entre CLN e CLC, e médias em torno de 1.8 ppm, próximo do encontrado em outros sítios de floresta de terra firme. Tanto o rio quanto a floresta são fontes de metano para a atmosfera. com um maior fluxo de metano das direções de rio, sendo o dobro das médias da direção de floresta, porém os máximos diurnos da direção de floresta são maiores, podendo atingir até 30 nmol m-2 s-1

BALANÇO DE RADIAÇÃO EM DIFERENTES BIOMAS NO ESTADO DE SÃO PAULO MEDIANTE IMAGENS LANDSAT 5

The determination of the net radiation at surface - Rn is very important, since it is the main energy source for the evapotranspiration process. The objective of this study was the determination of radiation balance using images from Thematic Mapper - TM sensor of the satellite Landsat 5, according to SEBAL/METRIC algorithm in areas of Santa Rita do Passa Quatro - SP. The estimated Rn data were compared with Rn measured at two micrometeorological towers: one in cerrado and other in a sugar cane crop. Two TM - Landsat 5 images, orbit 220 and path 75, on February 22th and July 16th of 2005, were used, from which radiance, reflectance, vegetation indexes, albedo, emissivity, land surface temperature and Rn were determined. The estimated Rn values showed similar values with Rn measured at sugar cane and cerrado towers. It is concluded that the SEBAL/METRIC algorithm, for estimation of Rn in selected areas, reached values very consistent. Keywords: radiation balance, remote sensing, SEBAL.A quantificação do saldo de radiação à superfície – Rn se reveste de grande importância uma vez que o mesmo se constitui na principal fonte de energia do processo evapotranspirativo. O objetivo do presente trabalho foi a determinação do balanço de radiação mediante imagens do sensor Thematic Mapper - TM do satélite Landsat 5 e a utilização do algoritmo SEBAL/METRIC em áreas do município de Santa Rita do Passa Quatro - SP. Os dados de Rn obtidos com o SEBAL/METRIC foram comparados com medições obtidas em duas torres micrometeorológicas: uma no Cerrado e outra em área de cana-de-açúcar. Foram utilizadas imagens TM - Landsat 5, órbita 220 e ponto 75, de 22 de fevereiro e 16 de julho de 2005, a partir das quais se obteve a radiância espectral, seguida da refletividade, índices de vegetação, albedo, emissividade, temperatura da superfície e Rn. Foram realizadas correções atmosféricas do albedo planetário e geradas cartas de Rn. Os valores do Rn obtidos segundo o SEBAL/METRIC apresentaram valores semelhantes aos dados de superfície nas estações da cana-de-açúcar e cerrado, respectivamente. Conclui-se que a metodologia empregada na estimativa de Rn nas áreas selecionadas, alcançou valores muito consistentes. Palavras-chave: Balanço de radiação, sensoriamento Remoto, SEBAL