Correlações e estimadores de biomassa acima do solo em florestas no sul do Brasil

Orientador: Prof. Dr. Sylvio Péllico NettoCoorientadores: Prof. Dr. Rafaelo Balbinot, Profª. Drª. Ana Paula Dalla CorteTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa : Curitiba, 01/03/2019Inclui referências: p.100-108Resumo: Um método para gerar estimativas de biomassa é o emprego de equações matemáticas, que podem ser ajustadas por diferentes técnicas. O presente trabalho teve como objetivo geral testar, analisar e comparar métodos de ajuste dos estimadores de biomassa total acima do solo e seus componentes quanto ao desempenho e a consistência biológica de suas estimativas, bem como o desmembramento das correlações simples entre as variáveis dendrométricas e alométricas, em florestas nativas no Brasil. Os dados foram provenientes de oito áreas localizadas no Paraná e Rio Grande do Sul, onde foram coletadas informações de diâmetro a 1,3 m do solo (dap), altura total, altura do fuste, altura da copa, biomassa dos componentes fuste, galhos, folhas e biomassa total acima do solo. Funções nãolineares foram ajustadas de forma independente (ENGLS) e simultânea (WNSUR), tomando-se o dap e a altura total como variáveis independentes nos modelos de regressão. Para o ajuste das equações de razão foi utilizado o volume do cilindro com base no diâmetro quadrático médio (??????) como variável independente. Para correção da heteroscedasticidade dos estimadores por razão os dados foram estratificados em dois níveis, o primeiro por classes de dap e o segundo pelo coeficiente angular do estimador por razão entre a biomassa total acima do solo e o ??????. Para agrupar as árvores no segundo estrato a posteriori foi aplicada a análise discriminante. A correlação de Spearman foi utilizada devido a não normalidade dos dados e a análise de trilha foi aplicada para desmembrar as correlações simples nos efeitos diretos e indiretos entre as variáveis. As equações de regressão, ajustadas de forma simultânea (WNSUR), apresentaram maior eficiência e consistência biológica quando comparados com o ajuste independente. O ajuste simultâneo apresenta melhores propriedades estatísticas e biológicas para gerar estimadores de biomassa, porque em seu ajuste considera as correlações contemporâneas entre os componentes de biomassa. Os estimadores por razão propiciaram a aditividade de forma natural dos componentes de biomassa e são promissores para melhorar a precisão das estimativas. Na comparação de desempenho, os estimadores por razão foram melhores que os estimadores por regressão nas classes de diâmetro acima de 20 cm. A análise de trilha evidenciou ser interessante que os componentes de biomassa possam ser integrados nos modelos de regressão como variáveis endógenas. Assim, a análise de trilha indicou que pelo menos um componente de biomassa deve ser incluído como variável independente na modelagem da biomassa por meio de regressão. Palavras-chave: Estimadores por regressão. Estimadores por razão. Análise de trilha. Consistência biológica. Estimadores eficientes.Abstract: One method to generate biomass estimates is the use of mathematical equations, which can be adjusted by different techniques. The aim of the present work was to test, analyze and compare methods of adjustment of the total biomass estimators aboveground and its components as to the performance and biological consistency of their estimates, as well as the dismemberment of the simple correlations between the dendrometric and allometric variables, in natural forests in Brazil. Data were collected from eight areas located in Paraná and Rio Grande do Sul, diameter at 1.30 m aboveground (dbh), total height, stem height, crown height, stem biomass, branches, leaves and total biomass above ground. Nonlinear functions were adjusted independently (ENGLS) and simultaneous (WNSUR), taking the dap and total height as independent variables in the regression models. For the adjustment of the ratio equations, the cylinder volume based on the mean square diameter (??????) was used as the independent variable. For correction of the heteroscedasticity of the estimators by ratio the data were stratified into two levels, the first by dbh classes and the second by the ratio estimator between the total biomass aboveground and ??????. The discriminant analysis was applied to group the trees in the second stratum a posteriori. Spearman's correlation was used due to non-normality of the data and the track analysis was applied to dismember the simple correlations in the direct and indirect effects among the variables. The regression equations, adjusted simultaneously (WNSUR), presented higher efficiency and biological consistency when compared with the independent fit. Simultaneous adjustment presents better statistical and biological properties to generate biomass estimators, because in its adjustment it considers the contemporary correlations between the biomass components. Ratio estimators have provided the natural additivity of the biomass components and are promising to improve the accuracy of estimates. In the performance comparison, the ratio estimators were better than the regression estimators in the diameter classes over 20 cm. The path analysis showed that it is interesting that the biomass components can be integrated into the regression models as endogenous variables. Thus, path analysis indicated that at least one biomass component should be included as an independent variable in the modeling of biomass by means of regression. Key-words: Regression estimators. Ratio estimators. Path analysis. Biological consistency. Efficient estimators

PATH ANALYSIS APPLIED TO EVALUATION OF BIOMASS ESTIMATES IN SUBTROPICAL FORESTS AT BRAZIL

Correlation analysis among different variables do not always fully express the real direct effect of one variable on another, especially in forestry. The objective of the present study was to evaluate the correlations among direct/indirect effects of tree diameter, height, and biomass components on total aboveground tree biomass and consequences when using path analysis. We also aimed to define which of the variables should be included in biomass modeling. The tree data were collected from eight sites located in Paraná and Rio Grande do Sul, where the diameter 1.30 m aboveground (dbh), total height (h), biomass of stems, branches, leaves and total aboveground biomass were measured. Spearman's correlation showed that dbh (0.93), stems (0.94), and branches (0.90) had the highest association with total aboveground biomass when the direct and indirect effects of these variables were deconstructed by path analysis. The stem (0.44) and branch (0.35) components provided greater direct effects when compared with dbh (0.17). For the component stem, branches, and leaves the total aboveground biomass presented the greatest direct effects of 0.59, 0.74, and 0.36, respectively. Thus, these results indicate the convenience of including at least one biomass component in the biomass regression model, along with dbh and height

MODELLING OF ALLOMETRIC EQUATIONS FOR BIOMASS ESTIMATE IN DECIDUOUS FOREST

This paper aimed at testing and adjusting the allometric models for the biomass estimate in deciduous forest. The data result from seven 12 x 12 m plots, where 91 trees were cut down. Their diameter at breast height (DBH) was greater than 5 cm, and the measurement was made based on the DBH, total height (H) and total dry biomass (DAB) for each individual. The adjusted equations, without stratification, present an adjusted determination coefficient (R2aj) between 0.726 and 0.972, and estimate standard error in percentage (Syx%) ranging from 33.5 to 119.6. The best-adjusted model for the non-stratified data set was obtained through the Stepwise procedure, which resulted in the following equation: dab = β0 + β1.(DBH3) + β2.H + β3.(DBH3.H), with R2aj of 0.954 and Syx% of 44.0. For the stratified form, only the diameter class above 15 cm presented acceptable parameters, with R2aj of 0.968 and Syx% of 26.5.  That way, the current database has shown good results in the adjustment of stochastic models to estimate the DAB of each tree

TRUNK BIOMASS ESTIMATION BY DIFFERENT METHODS IN A SUBTROPICAL FOREST

The aim of the work was to estimate trunk biomass in a Deciduous Seasonal Forest by using direct and indirect methods. The data were obtained from seven 12 x 12 m plots, bringing to a total of 64 trees. Trunk biomass was determined by direct method and indirect methods which consisted of: 1) Real Volume (RV) of the trunk multiplied by the Weighted Average (WA) and Arithmetic Average (AA) of the specific basic mass of the wood species found, resulting in Real Volume for Weighted Average (RVWA)  and Real Volume for Arithmetic Average (RVAA), and 2) by the Estimated Volume (EV) multiplied by WAand by AA, resulting in Estimated Volume for Weighted Average (EVWA)  and Estimated Volume for Arithmetic Average (EVAA). The trunk biomass of the three plots determined by the direct method was 11,451 Kg. The indirect method that had the most similar to the real trunk biomass (TB) value result was the EVAA (13,142 Kg), and the one that showed the largest difference was the RVWA,which was estimated at 20,061 Kg. The t-test showed significant difference of trunk biomass for indirect methods that used the RV; and the methods that used the EV did not differ statistically.Key-words: Forest biomass; arboreal biomass; Decidual Stational Forest.ResumoEstimativa da biomassa do fuste por diferentes métodos em floresta subtropical. O trabalho teve como objetivo estimar a biomassa do fuste em um fragmento de Floresta Estacional Decidual Montana utilizando métodos diretos e indiretos. Os dados de biomassa foram obtidos de sete parcelas de 12 x 12 m, totalizando 64 árvores. A biomassa do fuste foi determinada pelo método direto e por métodos indiretos que consistiram em: 1º) Volume Rigoroso (VR) do fuste multiplicado pela Média Ponderada (MP) e Média Aritmética (MA) da massa específica básica da madeira das espécies encontradas, resultando em Volume Rigoroso para Média Ponderada (VRMP)e Volume Rigoroso para Média Aritmética (VRMA), e 2º) pelo Volume Estimado (VE) multiplicado pela MPe pela MA, resultando em Volume Estimado para Média Ponderada (VEMP) e Volume Estimado para a Média Aritmética (VEMA). O TB das três parcelas determinado diretamente foi de 11451 Kg. O método indireto que mais se aproximou da biomassa do fuste foi o VEMA (13142 Kg), e o que apresentou a maior diferença foi o VRMP que totalizou 20061 Kg. O teste t indicou diferença significativa da biomassa do fuste para os métodos indiretos que utilizam o VR; e os métodos que utilizaram o VE não diferiram estatisticamente.Palavras-chaves: Biomassa florestal; biomassa arbórea; Floresta Estacional Decidual

Estimation of the period of permanence of Cordia americana seedlings in protected environment

The use of new tools as the technical criterion of interception of the curves of average daily increment and current daily are useful for indicating the optimal period of permanence of the plants in the protected environment. The objective of this study was to determine the length of stay of the Cordia americana (Linnaeus) Gottshling & JE Mill seedlings in protected environment based on the morphological parameters height, base diameter and total dry mass of the seedlings and in the intercept between daily increment curves and increment daily average.  The experiment was conducted in a randomized complete block design, with subdivided plots with a 2 x 2 factorial scheme. The criteria were defined based on the growth curves and intercept between curves of daily increment and average daily increment. The volume of substrate that could be explored by the root system and the density of seedlings per tray influenced the growth, in general larger seedlings were obtained in larger tubes. The period of stay of the seedlings in the nursery varies from 150 to 250 days depending on the treatment used using the dry mass as a quality parameter. The technical criterion used to intercept the curves of daily increment and average daily increment is useful in decision making, with a view to the evaluation of the quality standard of the seedlings

ESTRUTURA DIAMÉTRICA DE UM FRAGMENTO DE FLORESTA OMBRÓFILA MISTA, EM ESTÁGIO INICIAL DE REGENERAÇÃO SOB DOMÍNIO DA ESPÉCIE Ligustrum lucidum W.T. Aiton

A Mata Atlântica é um bioma composto por inúmeras tipologias florestais distintas, dentre elas a Floresta Ombrófila Mista (FOM). A FOM apresenta-se de maneira reduzida e fragmentada em diferente estágio de regeneração, o que favorece a presença de espécies invasoras, como por exemplo, o Ligustrum lucidum W. T. Aiton. A hipótese proposta foi que a floresta e a espécie Ligustrum lucidum W. T. Aiton apresentam distribuição diamétrica decrescente ou unimodal. Dessa forma, o objetivo foi verificar a estrutura diamétrica da floresta e de Ligustrum lucidum. Para o estudo foram instaladas três unidades amostrais retangulares de 300 m² em que todos os indivíduos com diâmetro à altura do peito (DAP) acima de 10 cm foram mensurados. Tanto para a floresta como para a espécie em questão, foram ajustadas funções probabilísticas (fdps), com o número de classes definidos pela metodologia de Sturges para avaliar seu comportamento, tendo seus ajustes avaliados através do teste de Kolmogorov-Smirnov. Os resultados mostraram que todas as funções apresentaram aderência (α = 5%) para os dados reais, tanto, para a floresta como para a espécie Ligustrum lucidum. Porém, quando considerada a ponderação dos ajustes para a floresta e para a espécie Ligustrum lucidum a função Wakeby apresentou a melhor bondade de ajuste no ranqueamento total. A estrutura diamétrica demonstra o estágio inicial de regeneração da floresta. A floresta e a espécie Ligustrum lucidum apresentam distribuição exponencial negativa em forma de “J” invertido, a curva do Ligustrum lucidum é mais achatada que a curva da floresta

MODELAGEM DA ESTRUTURA DIAMÉTRICA EM ECÓTONO DE FLORESTA OMBRÓFILA MISTA E ESTACIONAL DECIDUAL SUBMETIDA A MANEJO FLORESTAL SUSTENTADO

Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito do manejo florestal em regime sustentado sobre a estrutura diamétrica da comunidade florestal e sobre as quatro espécies com maior frequência, em um fragmento florestal caracterizado como ecótono das florestas Ombrófila Mista e Estacional Decidual. O estudo foi realizado em uma área de 50 ha, localizada no noroeste do estado do Rio Grande do Sul - BR, centrada nas seguintes coordenadas 27° 36' 49,60" Sul e 53° 29' 23,05" Oeste. Dois inventários foram realizados, (i) em 1993, no qual foram alocadas 25 parcelas (20 m x 50 m) aleatoriamente, e (ii) em 2013, no qual foram instaladas 31 parcelas (20 m x 50 m) sistematicamente. Todos as árvores acima de 10 cm de diâmetro à altura do peito foram mensuradas e identificadas a nível de espécie. Os resultados demonstraram que apenas a função Exponencial 2P apresentou aderência nos dois anos de mensuração para a comunidade florestal. Para as espécies Cedrela fissilis Vell. e Campomanesia xanthocarpa O. Berg a distribuição SB Johnson apresentou a melhor aderência, já para a Araucaria angustifolia (Bertol.) Kuntze foi a distribuição Beta e para a Sebastiania commersoniana (Baill.) L.B. Sm. e Downs a distribuição LogNormal 3P, considerando os dois inventários. O manejo florestal em regime sustentado apresentou benefícios para algumas espécies como a Campomanesia xanthocarpa e Sebastiania commersoniana, que retomaram suas regenerações em fluxo contínuo, já as espécies Araucaria angustifolia e Cedrela fissilis não apresentaram tal retomada

Classificação da qualidade da biomassa de árvores de acácia-negra para fins energéticos

One of the main difficulties in choosing forest biomass for energetic purposes is the evaluation of its quality. Thus, the objective of this research was to propose a classification of the biomass of black wattle stands based on the variables gross calorific value, energy density, ash content and biomass stock. For this purpose, commercial stands of the species were sampled in three growing regions (Cristal, Encruzilhada do Sul and Piratini) in Rio Grande do Sul, with 1 to 10 years old classified into age groups I, II, III and IV. In these stands, 670 trees were felled, their biometric and energetic variables were measured. From these locations, meteorological and edaphic variables were also collected. Cluster analysis was used to separate the predictor variables into three quality classes called low, medium and high. Discriminant analysis revealed two functions capable of classifying new observations into quality classes. The discriminant functions were able to correctly classify more than 51% of the trees based on gross calorific value, 65% based on energy density, 89% on ash content and 85% on energy stock. The biometric, energetic and meteorological variables contributed to the discrimination of the quality classes.Uma das principais dificuldades na escolha de uma biomassa florestal para fins energéticos está na avaliação de sua qualidade. Desse modo, o objetivo desta pesquisa foi propor uma classificação da biomassa de povoamentos de acácia negra com base nas variáveis poder calorífico superior, densidade energética, teor de cinzas e estoque de biomassa. Para esse fim, povoamentos comerciais da espécie foram amostrados em três regiões de cultivo (Cristal, Encruzilhada do Sul e Piratini) no Rio Grande do Sul, com 1 a 10 anos classificados em grupos de idade I, II, III e IV. Nesses povoamentos, foram abatidas 670 árvores, as quais tiveram suas variáveis biométricas e energéticas mensuradas. Desses locais, também foram coletadas variáveis meteorológicas e edáficas. A análise de agrupamento (cluster) foi utilizada para separar as variáveis preditoras em três classes de qualidade denominadas baixa, média e alta. A análise discriminante revelou duas funções capazes de classificar novas observações nas classes de qualidade. As funções discriminantes conseguiram classificar corretamente mais de 51% das árvores com base no poder calorífico superior, 65% com base na densidade energética, 89% no teor de cinzas e 85% no estoque energético. As variáveis biométricas, energéticas e meteorológicas contribuíram para a discriminação das classes de qualidade

MODELOS ALOMÉTRICOS PARA ESTIMATIVA DE BIOMASSA EM ÁREA DE REGENERAÇÃO NATURAL DE Ateleia glazioviana BAILL.

O conhecimento do acúmulo de biomassa contribui para a determinação da produtividade da espécie ou tipologia, além de subsidiar a escolha do manejo adequado em cada situação. O presente estudo teve por objetivo ajustar modelos alométricos para estimativa de biomassa em uma área de regeneração natural de Ateleia glazioviana Baill. Os dados foram coletados no município de Frederico Westphalen, RS, em área de regeneração natural, onde foram mensurados a altura (h) e diâmetro à altura do peito (DAP) de 163 árvores em cinco parcelas de 4 x 25 m (100 m²), com DAP entre1,8 até 30,0 cm, as quais foram distribuídas em 8 classes de diâmetro: 1,8 - 3,7; 3,7 - 5,6; 5,6 - 7,5; 7,5 - 9,4; 9,4 - 11,3; 11,3 - 13,2; 13,2 - 15,1 e 15,1 - 17,0 cm, sendo selecionadas 26 para o corte. Para quantificar a biomassa e obter a massa seca total (MST) de cada indivíduo, procedeu-se com a separação, pesagem e identificação dos compartimentos (lenho, galhos e folhas), que foram acomodados em estufa de secagem com circulação e renovação de ar até peso constante. Foram testados modelos alométricos tradicionais de volumetria. A seleção do modelo foi baseada no coeficiente de determinação ajustado (R2aj), erro padrão da estimativa (Sxy%) e análise gráfica da dispersão de resíduos. O modelo de Spurr e o proposto pelos autores com o procedimento Stepwise, representado pela equação MST=-5,6260+1,2986*((dap²)*(h)) + εi com R2aj. de 0,846 e Sxy de ±31,42%, demonstraram ser os mais apropriados, sendo recomendados para estimação de biomassa nas condições propostas.Palavras-chave: modelagem, quantificação de biomassa, alometria, timbó.AbstractAlometric models for biomass estimation in the natural regeneration area of Ateleia glazioviana Baill. Knowing about the accumulation of biomass on the soil contributes to the determination of the potential of the species and/or typology. Besides, it subsidizes the choice of the most appropriate management in each situation. The present study aims to adjust allometric models for estimating biomass in the natural regeneration area of Ateleia glazioveana Baill. Data were collected in Frederico Westphalen, RS, Brazil, in a natural regeneration area. Height (h) and diameter at breast height (DBH) of 163 trees were measured in five 4 x 25 m plots (100 m²) with 1.8 to 30.0 cm of DAP, which were distributed in 8 classes of diameter: 1.8 - 3.7; 3.7 - 5.6; 5.6 - 7.5; 7.5 - 9.4; 9.4 - 11.3; 11.3 - 13.2; 13.2 - 15.1 and 15.1 - 17.0 cm, selected for cutting. For the quantification of biomass and obtainment of the total dry mass (MST) of each individual, we proceeded with the separation, weighing and identification of the compartments (wood, branches and leaves), which were accommodated in a drying oven with circulation and air renewal until they reached a constant weight. Traditional allometric models of volumetry were tested. The model selection was based on the adjusted  coefficient of determination (R2aj), standard error of the estimate (Sxy%) and graphical analysis of waste dispersion of residues The Spurr model and the one proposed by the authors (according to the Stepwise procedure and represented by equation: MST = -5.6260 + 1.2986*((dap²)*(h)) + εi , with R2aj. of 0.846 and Sxy of 31.42%) proved to be the most appropriate. It is recommended for estimation of biomass under the proposed conditions.Keywords: modeling, biomass quantification, allometry, timb

Influência de composto orgânico no desenvolvimento de Ilex paraguariensis St. Hilaire

O substrato deve ter a capacidade de fornecer o suporte que as raízes necessitam para se desenvolver e sustentar as mudas, além de fornecer nutrientes. O objetivo desse estudo foi avaliar o efeito do composto orgânico de lixo urbano (CO) no crescimento inicial das mudas de erva-mate. O delineamento utilizado foi de blocos ao acaso com três repetições e três tratamentos, sendo: (T1) 100% de CO, (T2) 100% de solo argiloso e (T3) 50% de CO e 50% de solo argiloso (1:1, v/v). As mudas foram mantidas sob tela de sombreamento, com irrigação automatizada. A utilização de CO na concentração de 100% proporcionou maior incremento em altura (16,29 cm) e diâmetro (4,25 mm), aos 150 dias após o transplante das mudas. O T1 foi considerado o melhor substrato para o desenvolvimento e crescimento inicial da erva-mate