Variação sazonal da partição dos componentes do balanço de
energia em plantios jovens de eucalipto
Mariana Gonçalves dos Reis1
Aristides Ribeiro1
Raquel C. Evangelista Baesso¹
Aline Santana de Oliveira1
Yhasmin Gabriel Paiva1
1
Universidade Federal de Viçosa –– DEA/UFV
Av. P.H. Holfs - Departamento de Engenharia Agrícola – 36570-000 – Viçosa – MG. Brasil.
[email protected] / [email protected]/ [email protected] /
Abstract: Plantations with initial age of discontinuity in development have mulching, tending
to have higher exposure of the canopy to wind and solar radiation. The objective of this study
to evaluate the partition of the components of energy balance in terms of heat fluxes in the
soil (G), latent (λE) and sensible (H) in young eucalyptus plantations. The experimental site is
located in an area belonging to the firm of cellulose Fibria in city of Aracruz - ES. It appears
that throughout the period studied, the fraction of energy available for evapotranspiration was
always greater than the fraction for the heating of the soil-plant-atmosphere, giving a ratio of
59.57% of λE / Rn. It is also observed that precipitation influences the partition of energy
balance. The larger trees, higher rates of leaf area and root system, promote
evapotranspiration, showing that most of the available energy is used to change the phase of
water. Keywords: partition of energy, latent heat and eucalyptus.
1.
Introdução
O conhecimento do saldo de energia para florestas, dado pelo balanço de radiação no
dossel vegetativo, é de suma importância tanto para melhor estimar a evapotranspiração,
como para conhecer a quantidade disponível para a biossíntese. Segundo Perez (1999), a
partição de energia disponível entre os calores sensível e latente pode ser obtida pelo método
do balanço de energia da razão de Bowen (BERB), baseado na relação fluxo-perfil de energia
e troca de massa, para estimar a evapotranspiração sobre a vegetação ou solo descoberto.
Especificamente, plantios com idade inicial de desenvolvimento, ou seja, culturas com até
dois anos de idade, apresentam descontinuidade na cobertura do solo, ficando estas plantas
isoladas sujeitas a maior interação com a atmosfera, tendendo a apresentar maior exposição
do dossel ao vento e à radiação solar. Assim, o tratamento aerodinâmico dado a esses plantios
deve ser diferente em relação a plantios em idade adulta, com cobertura total do solo.
Normalmente, os modelos de crescimento consideram na estimativa da condutância
estomática, o dossel como sendo uma folha grande, única e contínua (teoria do “Big Leaf”).
Esta aproximação não é adequada na etapa inicial de desenvolvimento de florestas. Esta idade
em relação às outras tem uma grande importância, sendo que nesse período as plantas
apresentam maior taxa de crescimento, uma vez que o ganho de biomassa está diretamente
relacionado aos processos de evapotranspiração (perda de vapor d’água) e fotossíntese (ganho
de CO2). Neste estudo objetivou-se avaliar a variação sazonal da partição de energia
disponíveis entre os fluxos de calor latente (λE), sensível(H) e do solo (G), em plantios jovens
de eucalipto.
2.
Material e Métodos
Os estudos foram conduzidos no sítio experimental pertencente à Empresa Fibria
Celulose S.A., cujas coordenadas geográficas limítrofes são latitude de 16º51’16” a 19º52’18”
S e longitude de 40º13’15” a 40º11’44” W. Os dados meteorológicos foram coletados por
sensores instalados em uma torre de 38 m de altura, sendo esta disposta entre quatro árvores,
obedecendo ao espaçamento do plantio no sítio experimental. Foram instalados dois sensores
de fluxo de calor no solo, sendo um na linha e o outro entre as linhas do plantio. A razão entre
os calores sensível e latente foi proposta por Bowen, em 1926, como forma de estudar a
partição da energia disponível, isto é:
β=
λE
(1)
H
onde:
β é a razão de Bowen;
λE é o calor latente, W m-2;
H é o calor sensível, W m-2.
O valor de β depende fundamentalmente das condições hídricas da superfície
evaporante. Se a superfície estiver umedecida, maior parte do saldo de radiação (Rn) será
utilizada em λE, resultando em um β pequeno. Se, pelo contrário, a superfície evaporante
apresentar restrições hídricas, maior parte de Rn será utilizada no aquecimento do ar,
resultando em um β elevado.
Com a razão de Bowen, a equação do balanço de energia pode ser escrita da seguinte
forma:
λE =
Rn − G
1+ β ,
para β ≠ −1
(2)
em que:
Rn é o saldo de radiação medido, W m −2 ;
G é o fluxo de calor no solo medido, W m −2 .
Os fluxos de calor latente e sensível podem ser estimados pelas seguintes equações:
λE = − K e ρλ
δq
δz
(3)
analogamente,
H = −K H c p
δθ
δz
onde:
θ é a temperatura do ar,°C;
q é a umidade específica do ar, kg kg-1;
ρ é a massa específica do ar, kg m-3;
(4)
c p é o calor específico do ar a pressão constante 1,013 MJ kg-1 °C-1;
λ é o calor latente de vaporização, 2,45 MJ kg-1;
Ke é o coeficiente de transferência turbulenta de vapor de água KH é o coeficiente de
transferência turbulenta do calor sensível.
3.
Resultados e Discussão
A Figura 1 apresenta a variação diária dos componentes do balanço de energia para o
período estudado, ou seja, a radiação liquida (Rn) e os fluxos de calor latente (λE) e sensível
(H). Também apresenta os valores mensais de precipitação e a razão percentual média do
fluxo de calor no solo (G/Rn), e os fluxos de calor sensível (H/Rn) e latente (λE/Rn) em
relação à radiação liquida.
a) 8000
Wm
-2
6000
4000
2000
15/2/06
15/1/06
15/12/05
15/11/05
15/10/05
15/9/05
15/8/05
λE
H
400
350
300
250
200
150
100
50
0
fev-06
jan-06
dez-05
nov-05
out-05
set-05
ago-05
jul-05
jun-05
mai-05
abr-05
mar-05
fev-05
jan-05
dez-04
nov-04
out-04
set-04
%
70
60
50
40
30
20
10
0
ago-04
mm
15/7/05
Diário
Rn
b)
15/6/05
15/5/05
15/4/05
15/3/05
15/2/05
15/1/05
15/12/04
15/11/04
15/10/04
15/9/04
15/8/04
0
Meses
PRC - mm
λE/Rn
H/Rn
G/Rn
Figura 1 - Variação diária dos componentes do balanço de energia (a) e variação mensal da
precipitação e da partição dos componentes do balanço de energia para o período estudado
(b).
No início do plantio, nos primeiros meses a partição da radiação liquida foi
semelhante para os fluxos de calor latente e sensível (Figura 1a). Com o crescimento das
arvores verifica-se um aumento do índice de área foliar e do sistema radicular, resultando num
aumento do potencial evapotranspirativo da floresta, fazendo com que a maior parte da
energia fosse destinada para mudança de fase da água.
Os valores de precipitação influenciam diretamente na partição de energia, podendo
observar uma maior diferença percentual entre os fluxos de calor latente e sensível quando
houve um aumento da disponibilidade de água no sistema (Figura 1b). A fração da radiação
liquida utilizada para o aquecimento do solo permaneceu constante para todo o período
estudado. Verifica-se que a fração da energia disponível destinada a evapotranspiração foi
sempre maior que a fração destinada ao aquecimento do sistema solo-planta-atmosfera.
Observa-se também que os fluxos de calor latente são maiores no final período estudado,
59,57% de Rn. Pereira (2001) verificou que a maior parcela da energia foi utilizada na forma
de calor latente, com irradiância solar global elevada e água suficientemente disponível na
floresta, chegando atingir um percentual de 66 % no mês de dezembro (inicio da estação
chuvosa).
4.
Conclusão
Dois fatores influenciaram na maior partição para o fluxo de calor latente da energia
disponível no sistema solo-planta (floresta de eucalipto) - atmosfera. O primeiro é o
desenvolvimento rápido da floresta jovem, relacionada ao aumento da capacidade
evapotranspirativa (aumento do índice de área foliar e sistema radicular). O segundo refere-se
à maior disponibilidade hídrica do solo, verificado nos períodos chuvosos.
5.
Referências Bibliográficas
BOWEN, I.S. The ratio of heat losses by conduction and by evaporation from any water
surface. Physical Review, New York, 27: 779-787, 1926.
PEREIRA, M. G. P. Balanço de radiação e de energia em um ecossistema de floresta tropical
na Amazônia Central. Viçosa, MG. 54p. Dissertação (Mestrado em Meteorologia Agrícola) –
Universidade Federal de Viçosa, 2001.
P. J. PEREZ et al., Assessment of reliability of Bowen ratio method for partitioning fluxes,
Agricultural and Forest Meteorology, Volume 97, Issue 3, 18 November 1999, Pages 141150.