Plano de Pesquisa e Desenvolvimento - Decênio 2010-2020 (PPD-IPEF 2020)
Ecofisiologia e
Modelagem
Sérgio Ricardo Silva
Marina Shinkai Gentil
Campinas, 21 maio de 2009
Tópicos abordados:
1. O que é “Modelagem Ecofisiológica”?
2. Qual a sua utilidade?
3. Como desenvolvê-la? Estudo de caso.
4. Principais “grupos temáticos” do IPEF
vinculados à Modelagem.
5. Resultados do questionário enviado às empresas.
6. O que priorizar? Quais as principais linhas de
pesquisa?
O que é Modelagem
Ecofisiológica?
A Modelagem Ecofisiológica propõe descrever o crescimento
das florestas baseando-se em processos que apresentam relações com
o meio físico (solo e clima) e biológico (materiais genéticos e fisiologia
da planta).
ENTRADAS (Inputs)
Clima
Solo
Fisiológicos ....
SAÍDAS (Outputs)
Biomassa
ICA
Volume
....
Um Modelo Simplificado
Entradas
Naturais
E1
Qualidade
Sítio
S1
Processos
Ecofisiológicos
P
Entradas de
Manejo
E2
Produtividade
S2
Modelo Ecofisiologico Geral
Parâmetros
Genéticos
Energia
Radiante
Precipitação
Área Foliar
Biomassa
Défict de
Pressão Vapor
Energia
Interceptada
Evaporação
Interceptação
da Copa
Temperatura
Fotossíntese
Líquida
Condutância
Estomática
Herbivoria
Patologia
Assimilados
Transpiração
Reservas &
Biodiversidade
Nutrientes
Folhas
Respiração
Biomassa
Raiz
Partição de
Carbohidratos
Biomassa
Casca
Biomassa
Galho
Água do Solo
Biomassa
Lenho
Erosão
Litterfall
Nutrientes
Forma Lábil
M atéria
Orgânica
M aterial
Origem Solo
Nutrientes
Não Lábil
Percolação
Ervas
Daninhas
Fisiografia
Atividades
Antrópicas
Qual a sua utilidade?
Objetivos da Modelagem Ecofisiológica
¾
Organizar informações da pesquisa e reformular teorias;
¾
Simular e propor práticas de manejo que aumentem a
produtividade florestal;
¾
Estimar a produtividade potencial da floresta;
¾
Identificar os fatores ambientais que limitam o
crescimento e o uso do recurso;
¾
Capacitação de profissionais na área de P&D;
Quem são os usuários
principais?
P&D - T EC NOL OGIA FL OR ESTAL
PLANEJA MENT O FL OR ESTAL
SILVICULTURA
Como desenvolver a
“Modelagem Ecofisiológica”
na empresa?
Teoria
científica
Experimentos
Softwares
Modelo
Ecofisiológico
Validação
prática
Professores
universitários
Planejamento
Florestal
P&D
Mensuração
Florestal
Equipe
Quem
são os
multidisciplinar
envolvidos?
Geoprocessamento
Informática
Pesquisadores
e consultores
Estudo de caso: Veracel
Modelo 3EV
Modelo
Ecofisiológico
Espacializado do
Eucalyptus na
Veracel
Modelagem Ecofisiologica Espacial
Clima: Radiação, PPT, Temp, DPV
Solo: Fertilidade e Física
Planta: Fotossíntese, Transpiração, etc
Grid = 30 m x 30 m = 0.09 ha
LÓGICA DE FUNCIONAMENTO DO 3EV
Inputs ‐ Clima Parâmetros - Solo/Clone
Biomassa
Stape 3PG Model Code based on Landsberg & Waring(1997) and Sands(2000)
VISUAL BASIC.NET DLL
• Coordenadas X,Y
Cores por faixa
17
Etapas de Implementação da Modelagem
Ecofisiológica
¾ Concepção e Edição
¾ Calibração e Validação
¾ Simulação e Manejo
Concepção e Edição
Modelo 3-PG – Landsberg & Waring 1997
T
LAI
LUE
FR
GPP
SLA
VPD
ET
ϕ
gC
CO2
f
θ
ηR
H20
Soil H20
NPP
ηF/ηS
Rain
DBH
Roots
Foliage
C,N
Litter
Stem
Stocking
wSx
Stress
Dead trees
gN
Rede Experimental BEPP
Brasil Eucalyptus Produtividade Potential
Equador
6
5
8
4
7
Capricórnio
3
2
1
www.ipef.br/bepp/
Água
Nutrição
Dominância
IAF
Fotossíntese
Respiração
Quantificação de Biomassa
Transpiração e Balanço de Água no Solo
Etapas de Implementação da Modelagem
Ecofisiológica
¾ Concepção e Edição
¾ Calibração e Validação
¾ Simulação e Manejo
Edição
Calibração
Simulação
- Bancos de Dados Veracel:
- Cadastro, Inventário, Estações, SIG
- Escalas Mensais e 30 m x 30 m (0.09 ha)
- “Aberto ao Desenvolvimento”
Como o 3EV busca informações em vários sistemas - sincronização das informações.
Calibração - Conjunto de operações que visa estabelecer a relação entre valores
indicados pelo sistema de medição e valores representados por um material de
referência.
Ferramentas:
BEPP + PARCELAS GÊMEAS + PARCELAS DE INVENTÁRIO
R ELATÓR IOS - CALIBRA ÇÃO
JAMBEIRO VI
CCQE = 0,11
(Efic. Quant. Copa)
JAMBEIRO VI
CCQE = 0,07
JAMBEIRO VI
CCQE = 0,03
JAMBEIRO VI
CCQE = 0,03
DEFININDO O CENÁRIO DA
SIMULAÇÃO
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Precipitação
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Água no solo
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Região Oeste - JEQUITIBÁ
IMA
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Região Oeste - JEQUITIBÁ
Podemos visualizar tanto “input” como “output”
ICA
Biológico
CCQE
molC/ mol
Biológico
LAI
CAI
m²/m²
Mg/ha/mês
Biológico
Eficiência quântica
molC/mol
Edáfico
Edáfico
Fator
Nutrição
Água no solo
mm
Climático
Precipitação
mm
Climático
Biológico
Radiação
IAF
MJ/m²/dia
m²/m²
No dia a dia...
Usar a experiência do campo
Inventário Florestal Contínuo
ESTAÇÕES
METEOROLÓGICAS
Estimativa da produtividade
do eucalipto (sistema 3EV)
+ Vento Fábrica
+ Marégrafo/Vento TMB
Crescimento do
eucalipto
Calibração - IAF
com Fotos Hemisféricas
Manual de Identificação
Visual do IAF
Desfolha por doenças
FOTOSSÍNTESE
Fluxo xilemático
Folhedo
Plantas Daninhas
Principais “grupos temáticos”
do IPEF vinculados à
Modelagem
Rede Experimental BEPP
Brasil Eucalyptus Produtividade Potential
Equador
6
5
8
4
7
Capricórnio
3
2
1
www.ipef.br/bepp/
PPPIB
Control
Parcelas Gêmeas
Fertilized
Atingindo a Produtividade Potencial...
Produtividade
Potencial
Fatores Definidores:
Genótipo, Temperatura,
CO2, Radiação
Potencial
Fatores Limitantes
Água, Nutrientes,
Solo
Atingível
Atingível
X X
Medidas de Produção
X
Fatores Redutores:
Ervas, Pragas,
Doenças, Fogo
Real
Real
Medidas de Proteção
0
50
100
150
(m3/ha/ano)
200
250
Projeto
EUCFLUX
Quantificação dos Balanços de
Carbono, Água e Nutrientes, na
Escala do Ecossistema, para uma
rotação de Eucalyptus usando Torre
de Fluxo
A Técnica
f1 = ρ . v1 . c1
f2 = ρ . v2 . c2
Σvi = 0
f3 = ρ . v3 . c3
Fc = v’ c’
Propriedades Ar:
[CO2], [H2O], Temp.
Turbilhões - Eddy
Resultados do questionário
enviado às empresas.
Questionário
%
Responderam ao
questionário?
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
20
6
Sim
Não
Nível de conhecimento sobre Modelagem Ecofisiologica
40
35
30
%
25
20
15
10
5
0
Nenhum
Superficial
Razoável
Bom
Excelente
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Linha de Pesquisa em
Modelagem?
70
60
50
%
%
Conceito de Modelagem na
Empresa?
40
30
20
10
0
Sim
Não
Sim
Não
Pretende desenvolver no futuro?
60
50
%
40
30
20
10
0
Não
Sim - Curto
Prazo
Sim - Médio
Prazo
Sim - Longo
Prazo
N
P&
D
EJ
.F
TA
PR
L
O
FE
SS
O
M
R
EN
S
FT
A
L
G
EO
PR
PE
O
SQ
C
U
IS
A
DO
C
O
R
NS
U
LT
O
R
N
EN
HU
IN
M
FO
A
R
M
A
TI
C
A
PL
A
% das empresas
Equipes envolvidas em Modelagem
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Há experimentos p/
Modelagem?
Possui software para
Modelagem?
80
%
%
60
40
20
0
Sim
Não
70
60
50
40
30
20
10
0
Sim
Não
al
a
PG
ai
z
F
m
ro
s
Xi
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st
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R
IA
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H2
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Tx
qu
i
C
A
nç
o
A
qu C
is
Nu
t
B
% das empresas
Quais experimentos?
50
40
30
20
10
0
% das empresas
É feito monitoramento meteorológico?
60
50
40
30
20
10
0
Não
Pluviôm.
Manual
Instituições
Publicas
Estações
Meteor.
Próprias
Ppt, Temp,
Umidade ar
Tem software para dados Estações Meteorológicas?
80
%
60
40
20
0
Sim. Desenv.
Empresa
Sim. Desenv.
Consultoria
Não
Mapeamento de solos
70
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
60
%
50
40
30
20
10
0
Sim.
Sim
Não
Sim.
Parcial
Método para medir IAF
LI-2000
Ceptômetro
Lentes
Hemisfer.
Imagem
Satélite
12
10
8
6
4
2
0
Direto
Destrutivo
% das empresas
%
Medição de rotina de IAF?
Não
% das empresas
Objetivos da Modelagem
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Treinam.
Cientifico
Apoio Inv. Ftal
Predição
Produtiv.
Ferram. Manejo
Ftal
Outros
O que priorizar? Quais as
principais linhas de pesquisa?
Futuras pesquisas: visão das Empresas Florestais:
Prioridade de estudo
10
Nota
8
6
.E
st
om
C
Xi
le
m
F
Fx
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PG
Fo
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2O
H
B
A
C
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ço
R
ai
z
B
A
qu
is
N
ut
4
Futuras pesquisas: visão dos pesquisadores
(Fonte: IUFRO 2008):
9 Uso e eficiência do uso da água (aspectos: ecológico, produtivo, social);
9 Integrar manejo e genética através da fisiologia (parte aérea e radicular);
9 Melhor compreensão do balanço de C destes sistemas;
9 Necessidade de Modelos Ecofisiológicos para incorporar os conhecimentos e
torná-los aplicáveis às empresas/sociedade;
9 Usar efetivamente ferramentas já disponíveis, como sensoriamento remoto;
9Aumentar o grau de interesse dos alunos de graduação e pós-graduação pelo
tema;
Futuras pesquisas: visão do nosso grupo de trabalho:
Área de
Projeto de Pesquisa
conhecimento
Fisiologia
Vegetal
1. Avaliação de parâmetros biológicos de clones
de eucalipto e pinus.
2. Estudo do sistema radicular.
3. Estudo de Fotossíntese e condutância
estomática
4. Estudo sobre o desenvolvimento da copa e taxa de
queda de folhedo.
5. Impacto de elevadas concentrações de CO2 em
interação com fatores abióticos como temperatura e
outros.
Área de
conhecimento
Meteorologia
Projeto de Pesquisa
1. Balanço Hídrico (BH)
2. Dados meteorológicos
3. Mudanças Climáticas
4. Resultados de produção de madeira e
disponibilidade de água
Silvicultura e
Manejo Florestal
1. Preparo de solo
2. Espaçamento de plantio
3. Matocompetição
Melhoramento
Genético
1. Ferramenta de auxílio na seleção
precoce de clones
2. Foco nas mudanças climáticas.
3. Permuta clonal
Área de
conhecimento
Projeto de Pesquisa
Pragas e doenças
1. Índice de área foliar (IAF)
2. Fotossíntese
3. Modelagem
4. Integração de Modelos
Solo e nutrição de
planta
1. Índice de qualidade do solo
2. Adubação e nutrição de plantas
3. Manejo da adubação
Mensuração e
inventário Florestal
1. Parcelas de inventário
2. Base de dados de inventário
Área de
conhecimento
Projeto de Pesquisa
Geoprocessamento
1. Imagens de satélite
2. Geoespacialização
3. Espacialização de modelos
4. Sensoriamento remoto
Tecnologia da
Informação (TI)
2. Softwares
Considerações finais:
9 Há necessidade de estabelecer um vínculo direto e claro da Ecofisiologia
Florestal com o Manejo Silvicultural: ou seja, aplicar os conceitos e resultados de
pesquisa na melhoria da produção;
9 Dar continuidade ao BEPP para responder as perguntas ainda em aberto;
9Ampliar o Programa Torre de Fluxo para outras empresas, inclusive com instalação
de novas torres;
9 Desenvolver o uso das relações fisiológicas como ferramenta do
melhoramento genético;
9 Expandir a utilização do 3PG para áreas de APP e RL`s;
[email protected]
Uso de imagens de satélite