Eficiência no uso de água e luz em plantação de Eucalyptus
Osvaldo M. R. Cabral1*, Humberto R. Rocha2, John H. C. Gash4, Claire Marsden3,
Marcos A. V. Ligo1, Helber C. Freitas2, Jonatan D. Tatsch2, Emília M. S. Brasílio2,
Eduardo Gomes2.
1
Embrapa Meio Ambiente, 2Universidade de São Paulo, 3CIRAD-France, 4CEH-UK
[email protected]
*
Abstract
Average values of water use efficiency (WUE = 2.9 gC kg-1 H2O) and light use efficiency
(LUE = 0.27 gC mol-1 quanta) were observed in a plantation of Eucalyptus (2-4 years age).
The maxima were recorded in the summer (4.4 gC kg-1 H2O and 0.5 gC mol-1 quanta,
respectively) and the minima in the winter (1.4 gC kg-1 H2O and 0.04 gC mol-1 quanta,
respectively). During the rainy winter the decline in WUE was interrupted and the values
increased due to the lower moisture stress. However the LUE values observed were similar to
the values recorded previously in the dry winter because although the leaf area index
increased and more radiation was absorbed the observed increase in gross photosynthesis was
lower.
1. Introdução
A compreensão de como a água é utilizada pelas florestas no sequestro de carbono é
importante para a previsão das respostas às mudanças climáticas, que certamente incluem o
aumento na frequência do estresse hídrico (Marengo et al., 2009). A eficiência no uso da água
(WUE) pela vegetação definida como a quantidade de carbono assimilada por unidade de
água evaporada representa o acoplamento dos ciclos do carbono e água e suas interações
(Law et al., 2002; Tian et al., 2010). A eficiência no uso da luz (LUE) pela vegetação definida
como a quantidade de carbono assimilada por unidade de radiação fotossinteticamente ativa
absorvida é outro importante parâmetro fisiológico, característico da vegetação e utilizado nos
algoritmos de sensoriamento remoto na estimativa da produtividade bruta do ecossistema
(GEP), tanto na escala regional como global (Turner et al., 2003; Yuan et al., 2007; Marsden
et al., 2010) e nos modelos de crescimento de florestas plantadas (Landsberg e Waring, 1997).
Neste trabalho são apresentadas as variações sazonais e interanual destas razões
(WUE e LUE) obtidas em uma plantação de Eucalyptus, em decorrência das variações da
precipitação, umidade do ar e do solo.
2. Material e Métodos
Totais diários dos fluxos de vapor de água (E, mm dia-1) e produtividade bruta do
ecossistema (GEP, gC m-2 dia-1) foram obtidos pelo método da covariância de vórtices sobre
uma plantação de Eucalyptus (híbridos E. grandis x E. urophylla), localizada no estado de
São Paulo, Brasil (21º35’S, 47º36’W, altitude de 761 m), no período entre 2 e 4 anos após o
plantio (mais detalhes em Cabral et al., 2010 a, b).
A eficiência do uso de água (WUE) foi calculada pela razão GEP/E (gC kg-1 H2O) e
da luz (LUE) por meio de GEP/PARabs (gC mol-1 quanta) onde PARabs representa o total
diário absorvido pela plantação da radiação fotossinteticamente ativa (mol quanta m-2 dia-1).
3. Resultados e Discussão
Na Figura 1 são apresentados os totais diários de precipitação durante os dois anos de
medidas. Embora o total de precipitação observado no primeiro período de 12 meses (1377
mm) tenha sido maior do que no segundo (1280 mm) a diferença entre os dois anos ocorreu
durante o período de inverno; no ano de 2006 (abril-setembro) o total registrado foi de 69 mm
e no ano seguinte foi de 247 mm. As médias diárias das temperaturas do ar (Figura 2)
variaram de 29 a 12 oC e os déficites de saturação entre 0 e 2,9 kPa. Após a passagem das
frentes frias as temperaturas aumentaram aproximando-se dos valores obtidos no verão,
porém apresentando déficites de saturação bem superiores.
As séries temporais do índice de área foliar e umidade do solo (Figura 3) indicaram o
efeito do inverno com a queda ininterrupta de IAF cujo mínimo de 2.2 foi registrado no dia
166 (corresponde ao dia 239 do ano de 2006). No ano seguinte a queda foliar foi interrompida
em torno do dia 450 (dia 158 do ano 2007), observando-se o aumento do IAF até o dia 529
(237 do ano 2007) e então o decréscimo típico do inverno em função da ausência de
precipitação (Figura 1).
Os valores diários de WUE e LUE encontram-se na Figura 4. Durante o inverno do
primeiro ano (2006) observou-se a diminuição quase constante de ambos, cujos valores
mínimos ocorreram em agosto (1,4 gC kg-1 H2O e 0,04 gC mol-1 quanta, respectivamente).
Os máximos foram registrados em janeiro de 2007 (4,3 gC kg-1 e 0,5 gC mol-1 quanta,
respectivamente). As chuvas frontais nos meses de maio (93 mm) e julho (104 mm) de 2007
interromperam a queda de WUE e retardaram a diminuição de LUE cujo mínimo ocorreu em
setembro (0,08 gC mol-1 quanta).
Os valores de WUE e LUE obtidos como a razão entre os totais anuais (Tabela 1)
demonstram que apesar da variabilidade sazonal observada (Figura 4) as eficiências não
apresentaram variação significativa (2,9 gC kg-1 H2O e 0,27 gC mol-1 quanta), embora os
totais anuais de GEP, E e PARabs tenham sido inferiores no primeiro ano em 17%, 20% e 9%,
respectivamente.
A variabilidade observada não decorreu diretamente do total anual de precipitação,
mas foi consequência da época e da quantidade. As chuvas frontais durante o inverno do ano
de 2007 atenuaram o estresse hídrico possibilitando a manutenção da razão entre a
assimilação (GEP) e transpiração da vegetação (E). Entretanto, o consequente aumento do
IAF promoveu a maior absorção de PAR sem o respectivo aumento na assimilação (GEP)
promovendo a queda observada em LUE.
4. Referências
Cabral, O.M.R. et al., 2010a. The energy and water balance of a Eucalyptus plantation in
southeast Brazil. Journal of Hydrology (in press).
Cabral O.M.R. et al., 2010b. Fluxes of CO2 above a plantation of Eucalyptus in southeast of
Brazil. Agric. For. Meteor. (submitted).
Landsberg, J.J., Waring, R.H., 1997. A generalised model of forest productivity using
simplified concepts of radiation-use efficiency, carbon balance and partitioning. For.
Ecol. Manage., 95, 209–228.
Marengo, J. A., Jones, R., Alves, L.M., Valverde, M. C., 2009. Future change of temperature
and precipitation extremes in South America as derived from the PRECIS regional
climate modeling system. Int. J. Climatol., 29, 2241-2255.
Marsden, C. et al., 2010. Relating MODIS vegetation index time-series with structure, light
absorption and stem production of fast-growing Eucalyptus plantations. For. Ecol.
Manage., 259, 1741–1753.
Yuan, W., et al., 2007. Deriving a light use efficiency model from eddy covariance flux data
for predicting daily gross primary production across biomes. Agric. For. Meteor., 143,
189-207.
Law, B.E. et al., 2002. Environmental controls over carbon dioxide and water vapor exchange
of terrestrial vegetation. Agric. For. Meteor., 113, 97-120.
Tian, H., et al., 2010. Model estimates of net primary productivity, evapotranspiration, and
water use efficiency in the terrestrial ecosystems of the southern United States during
1895–2007. For. Ecol. Manage., 259,1311-1327.
Turner, D. P., et al., 2003. A cross-biome comparison of daily light use efficiency for gross
primary production. Global Change Biol., 9, 383-395.
Tabela 1 – Totais anuais de fotossíntese bruta (GEP), evaporação (E), radiação PAR
absorvida (PARabs) e eficiências no uso da água (WUE) e luz (LUE) da plantação de
Eucalyptus.
GEP
E
PARabs
WUE
LUE
gC m-2
Kg H2O m-2
mol quanta m-2
gC kg-2 H2O
gC mol-1 quanta
Ano 1
3.084
1.063
12.065
2,9
0,26
Ano 2
3.728
1.326
13.289
2,8
0,28
1400
80
1200
Precipitação (mm dia-1)
70
1000
60
50
800
40
600
30
400
20
200
10
0
Precipitação Acumulada (mm dia-1)
90
0
0
100
200
300
400
500
600
700
Dias desde 69/2006
3.5
35
3.0
30
2.5
25
2.0
20
1.5
15
1.0
10
0.5
5
0.0
Temperatura do Ar (oC)
Deficite de Saturação (kPa)
Figura 1 – Totais diários de precipitação e acumulados ao longo de 12 meses na plantação de
Eucalyptus.
0
0
100
200
300
400
500
600
700
Dias desde 69/2006
Figura 2 – Médias diárias do déficite de saturação (círculos) e temperatura do ar (triângulos)
na plantação de Eucalyptus.
3.6
190
3.4
170
3.2
3.0
130
2.8
110
2.6
SWC (mm)
LAI (m2 m-2)
150
90
2.4
70
2.2
2.0
50
0
100
200
300
400
500
600
700
Dias desde 69/2006
Figura 3 – Valores diários do índice de área foliar (LAI, círculos) e água armazenada no solo
(SWC, linha contínua) na plantação de Eucalyptus.
10
1.2
9
WUE (gC kg-1 H2O)
7
0.8
6
5
0.6
4
0.4
3
2
LUE (gC mol-1 quanta)
1.0
8
0.2
1
0
0.0
0
100
200
300
400
500
600
700
Dias desde 69/2006
Figura 4 – Séries temporais dos valores diários de eficiência na utilização da água (WUE,
círculos) e luz (LUE, triângulos) na plantação de Eucalyptus.