Influência das plantações tropicais de eucaliptos sobre os ciclos do carbono, da água e dos...
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Influência das plantações tropicais de eucaliptos sobre os ciclos do carbono, da
água e dos nutrientes: avanços recentes no Brasil e no Congo
J-P Laclau, Y Nouvellon, JLM Gonçalves, JL Stape, J Ranger,G le Maire, AV Krushe, MC Piccolo, MZ Moreira, L Mareschal,
H da Rocha, LEG Barrichelo, J-P Bouillet, + números alunos de pós-graduação
São Paulo, 14 de outubro de 2010 - Bunge Fundação - CIRAD-USP-CRDPI
EucFlux http://www.ipef.br/eucflux
C.R.D.P.IC.R.D.P.I NC STATE UNIVERSITY
Por quê estudar plantações de eucaliptos?
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Alta relevancia socio-econômica e ambiental:
Precisamos de alternativas para reduzir a pressão sobre as florestas nativas.
> 20 milhões de hectares no mundo;
Incremento forte no Brasil: 4,5 milhões de ha em 2009;
Uma mesma silvicultura para um uso multiplo da madeira:
- Industrial: celulose, carvão, paneis,…
- Pequenos produtores: lenha, construção,…
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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O principal papel do CIRAD: contribuir a melhorar a agricultura das regiões tropicais.
3 pesquisadores na USP (desde 2002) sobre este téma;
Um projeto do IPEF aprovado na agência brasileira de cooperação;
Excelentes infrastruturas na USP para pesquisa;
Um objetivo comum com os parcerios na USP: melhorar a silvicultura nas regiões tropicais a partir da comprehensão do funcionamento das árvores
Por quê comparar o funcionamento das plantações no Brasil e na Africa?
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Produção das plantações de Eucalyptus
1 ano
2 anos
6 anos
3 anos
Crescimento muito rapido!
Possibilidade de manipulação do ecossistema.
> 25 m
© C. Marsden© C. Marsden
© C. Marsden
© C. Marsden
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Baixa produtividade no Congo15-20 m3 ha-1 ano-1
Manejo florestal
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Alta produtividade no Brasil40-50 m3 ha-1 ano-1
Produção de biomassa
Aguas superficiais e lençol freático
CO2 ATMOSFÉRICO
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Recursosnaturais
ÁguaNutrientes
Area de proteção permanente
+ Reserva legal: 20%
Biodiversidade é um aspecto importante que deve ser considerado na escala da paisagem, mas não foi estudado
por nossa equipe
© J.L. Stape
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Uma abordagem biofísica da sustentabilidade do manejo florestal
© Y. Nouvellon
Ciclo da águaEvapotranspiração, regulação estomática, dinâmica da água no solo, eficiência de uso da água, influencia sobre o lençol freático,..
Ciclo do carbono Sequestro de carbono Principais fluxos (fotossíntesis, respiração, alocação de C) Produção de biomassa,… Ciclos dos nutrientes
Entradas e saidas no solo, Fluxos no ecossistema, Balanços para a rotação,...
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
MonitoramentoIntensivo nos
sistemas escolhidos
Conjunto de abordagens experimentais, modelagem e sensoriamento remoto
© Y. Nouvellon
Monitoramento intensivo em plantações comerciais
(Congo & Brasil)
Medições leves numa rede de talhões
comerciais
Eddy covariance: Medições continuas dos fluxos de CO2 e H2O
Monitoramento biogeoquímico: fluxos de água e nutrientes nas plantas e no solo
Fluxos na escala das árvores (fotossíntesis, fluxo de seiva,…)
Sensoriamento remoto e modelagem para
generalizar os resultados experimentais
Imagens satelites de resolução media, alta e muito alta
G’DAY modelo C-H2O-N no ecossistema
generalização Processos
© Laclau
© Nouvellon
© le Maire
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Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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Projeto EucFlux, Duratex, Itatinga, SP
02/08 09/09 11/09
Colheita Plantio
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© Floragro
Até o final da rotação
Trocas de carbono entre atmosféra e floresta quantificadas por « Eddy-covariance »
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Incident Shortwave e long-wave IR radiation
Reflected Shortwave radiation and outgoing longwave IR
radiation
Net radiation
LI7500[CO2], [H20], 20hz
3D Sonic anemometerU, V, W, T (20Hz)
Rainfall
Diffuse PAR, Direct PAR,
Total PARWind speed, Tair, Air
relative humidity
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Itatinga, SP
Fev 2008 até Ag 2009 (5 a 6 anos)
Abr 2004 até Abr 2006 (2 a 4 anos)
Hinda, CongoKissoko, Congo
Jan 2001 até Jan 2002 (2 a 4 anos)
Nos 3 povoamentos Evapotranspiração real (ETR), fluxos de calor sensiveis (H), e fluxos de CO2 foram estimados por “eddy-covariance”
Em Itatinga, ETR foi também estimado por balanço no solo
Eddy fluxos: Li-7500; 3D sonic anemometers Young 81000VDados brutos processados com EdiRe
Young 81000VLi7500
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
Sem
i-hourly F
c (
mol m-2
s-1)
Months since February 2008
Inverno
O desafio: quantificar os componentes do C emitido
Respiração
Fotossíntesis
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Outros estudos no Brasil:Amazonia + eucalipto-cerrado-cana
750m
725m
725m
1 23 4
65
78
9
1110
12
- Biomassa destrutiva (n=55)
- Decomposição de tocos (n=20)
- Respiração de solo (a cada 15 dias)
- Queda de serapilheira (15 dias)
- Serapilheira depositada (anual)
Balanço de Carbono em 12 parcelas
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Variabilidade dos fluxos de C na escala do talhão
Torre
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GPP (g C m-2 yr-1)
2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
TB
CF
(g
C m
-2 y
r-1)
0.0
0.5
1.0
1.5
9
2 1
11
4 3
10 12
5 8
7 6
Wo
od
NP
P (
g C
m-2
yr-
1)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
9 2 1
11
4 3
10 12 5 8 7 6
WN
PP
/ G
PP
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
9 2
1
11
4 3
10 12
5 8 7 6
R2 = 0.84p < 0.0001
R2 = 0.57p = 0.005
R2 = 0.002p = 0.87
A
B
C
Otávio C. Campoe et al. 2010
WNPP (produção de madeira) aumenta com a GPP (fixação bruta de C) devido a:
(A) um aumento de carbohidratos produzidos(GPP);
(B) um aumento da partição para WNPP.
(C) O TBCF não muda com GPP no gradiante de produtividade.
Projeto EUCFLUX, Itatinga (SP)
Consistente com outros resultados no Brasil (rede BEPP)
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0
1
2
3
4
5
6
25/06/10 30/06/10 06/07/10 11/07/10 16/07/10 21/07/10 26/07/10 01/08/10
Fc
(µm
ol m
-2 s
-1)
Chuva
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Medições automáticas da Respiração do solo
0
1
2
3
4
5
6
25/06/10 30/06/10 06/07/10 11/07/10 16/07/10 21/07/10 26/07/10 01/08/10
CH1
CH2
CH3
CH4
Label
Chuva
Uso de água = evapotranspiração real
Florestas nativas: alta ETR é bom! Eucaliptos: alta ETR é mal! ?
Opinião pública
Para plantações de Eucalyptus, altas ETR significam:
POSITIVO:
Perdas de nutrientes baixas
Úmidade da atmosféra
NEGATIVO:
Se ETR > chuvas: vazão dos rios
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Copa das árvores vista de 10 m de profundidade
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0 100 200 300 400 500 600 7000.05
0.1
0.15
0.2
0.252008 2009
Days since January 2008
v (m
3 m
-3)
0.15 m
0.5 m
1.0 m
0 100 200 300 400 500 600 7000.05
0.1
0.15
0.2
0.252008 2009
Days since January 2008
v (m
3 m
-3)
2.0 m
3.0 m
4.0 m
0 100 200 300 400 500 600 7000.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Days since January 2008
v (m
3 m
-3)
5.0 m
6.0 m7.0 m
0 100 200 300 400 500 600 7000.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Days since January 2008
v (m
3 m
-3)
8.0 m
9.0 m10.0 m
Não teve drenagem a prof. > 5 m
0 100 200 300 400 500 600 7000
2
4
6
8
Days since January, 1, 2008
AE
Tco
rr (
mm
d-1
) 2008 2009
0 100 200 300 400 500 600 7000
20
40
60
80
Days since January, 1, 2008
Rai
nfal
l (m
m d
-1)
0 100 200 300 400 500 600 7001000
1100
1200
1300
1400
Days since January, 1, 2008
SW
C 0
-10m
(m
m)
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ETR medida por eddy-covariance
ET
R c
orr.
(m
m d
-1)
Chu
vas
(mm
)C
AS
0-1
0 m
(m
m)
Dias desde o 01/01/2008
Dias desde o 01/01/2008
Dias desde o 01/01/2008
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Boa correspondência entre ETR estimada pelo método de eddy-covariance e ETR estimado pelo balanço de água no solo até 10 m de profundidade (corrigindo pelo balanço radiativo)
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Comparação entre ETR acumulada avaliada por eddy-covariance e por balanço de água no solo
Absorção baixa de água além de 10 m de profundidade ou no lençol freático.
0 100 200 300 400 500 600 7000
500
1000
1500
2000
Days since January, 1, 2008
Cum
ulat
ed r
ainf
all o
r A
ET
(m
m)
2035 mm
1877 mm
Feb 15, 2008
Aug 31, 2009
0 100 200 300 400 500 600 7000
500
1000
1500
2000 1798 mm
1665 mm
Days since January, 1, 2008
Cum
ulat
ed A
ET
(m
m)
Apr 1, 2008
Aug 31, 2009
AET-SWB
AET-EC
Rainfall
AET
ET
R a
cum
ulad
a (m
m)
Dias desde 01/01/2008
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PF1 1-41
UG
Para uma mesma fotossíntesis e condições ambientais, a conductancia estomática (e a perda de água por área de folha) é maior para o clone PF1 que o clone UG.
Eficiência de Uso da Agua do UG > EUA do PF1
y = 14.642x + 0.1058
R2 = 0.72
y = 9.0948x + 0.0195
R2 = 0.64
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07A*RH/Ca
Con
du
cta
ncia
(m
ol.
m-2.s
-1)
Medições na escala Medições na escala da folha no Congoda folha no Congo
UGPF1
Itatinga Kissoko Hinda
Radiações globais (MJ m-2 ano-1) 6342 4494 4220
Radiações líquidas (MJ m-2 ano-1) 3834 2754 2724
Pluviometria anual (mm ano-1) 1360 1125 1200
ETR (mm ano-1) 1360 747 648
Drenagem profunda (mm ano-1) 0 378 552
LAI (m2 m-2) 3,2 2,4 1,4
Produção de madeira do tronco (t MS ha-1 ano-1) 18,5 16,6 11,4
EUA para produção de madeira do tronco (g MS kg-1 H20) 1,4 2,2 1,8
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1
1 Fortes variações de ETR em função da distribuição das chuvas, solo, adubação, material vegetal,…
2
2 ETR aumenta com a produção de madeira e o sequestro de C
3
3 Entretanto, achamos fortes variações de EUA => perspectivas: produção de madeira e ETR
CONGOBRASIL
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Nivel do lençol freático
-2000
-1900
-1800
-1700
-1600
-1500
-1400
-1300
1/10 1/11 1/12 1/1 1/2 1/3 1/4 1/5 1/6 1/7 1/8
Date
De
pth
of
the
wa
ter
tab
le (
cm
)
Piezometer 1
Piezometer 2
Piezometer 3
Piezometro instalado até 20 m de profundidade
+ 4 m
© FloragroCorte raso
Subida de 4 m do lençol freático após colheita
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Exploração do solo pelas raizes finas (diâm. < 1 mm)
20% Argila 40% Argila
Idade : 6 anos
27.5
52.5
77.5
102.5
127.5
152.5
177.5
202.5
227.5
252.5
277.5
302.5
327.5
352.5
377.5
402.5
427.5
452.5
477.5
502.5
527.5
552.5
577.5
0
100
200
300
400
500
600
Idade : 1 ano Idade : 2 anos
3
28
53
78
103
128
153
178
203
228
253
278
303
328
353
378
403
428
453
478
503
528
553
578
603
628
653
678
703
728
753
778
803
828
853
878
903
928
953
978
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Idade : 3.5 anosEucalyptus: um filtro eficiente!
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
6 – 9
4 – 6
2 – 4
1 – 2
0.5 – 1
0 – 0.5
# roots / 25 cm2
6 – 9
4 – 6
2 – 4
1 – 2
0.5 – 1
0 – 0.5
# roots / 25 cm2
0
100
200
300
400
500
600
Um crescimento simétrico em cima e abaixo do solo durante a rotação
Altura das árvores
Prof. maxima das raizes
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem PerspectivasA
ltura
med
ia (
m)
Pro
f. d
a fr
onte
rad
icul
ar (
m)
Idade do povoamento (meses)São Paulo, 14 de outubro de 2010 - Bunge Fundação - CIRAD-USP-CRDPI
Profundidade máxima das raizes = 85% da altura das arvores
Balanços de nutrientes e fertilidade do solo
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4
Harvesting method
Inp
ut-
ou
tpu
t b
ud
get
s (k
g h
a-1
ro
tati
on
-1)
N
P
K
Ca
Mg
No Congo, os balanços de nitrogênio são fortemente negativose dependem muito do método de colheita
Cenários de colheita:
Cenario 1: Tronco sem caca.
Cenario 2: Tronco sem caca + galhos.
Cenario 3: Tronco com casca. Cenario 4: Arvore enteira.
Mais conservativo
Tronco sem casca colhido Arvore enteira colhida
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Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3 Cenário 4
Método de colheita
En
trad
as –
sai
das
(kg
ha-1
ro
taçã
o-1)
Balanços (kg ha-1) N P K Ca Mg
ITATINGA
- Tronco sem casca colhido- Tronco com casca colhido
- Tronco + galhos grossos colhidos- Arvore enteira colhida
24-11-21
-124
2015147
99817651
406306299276
220199197184
Em Itatinga, as adubações conduzem a um aumento dos estoques de nutrientes no solo. excepto para nitrogenio se a casca e os galhos são exportados dos talhões.
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Balanços de nutrientes e fertilidade do solo
Possibilidade de reduzir a adubação?
Em solos arenosos (90% de areia no Congo e 75% em Itatinga) as perdas a 3 m de profundidade são < deposiçõesatmosféricas.
Qual é o parcelamento da adubação a aplicar nas empresas?
-50 -30 -10 10 30 50
Total deposition
Th+Sf
Forest Floor
Depth 15 cm
Depth 50 cm
Depth 100 cm
Depth 200 cm
Depth 300 cm
Depth 400 cm
Depth 600 cm
Fluxes of K+ (kg ha-1 year-1)
CONGO ITATINGA
Lixiviação de nutrientes e parcelamento da adubação
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Fluxos de K+ (kg ha-1 ano-1)
Deposição total
CsD + Et
Abaixo Serap.
Prof. 15 cm
Prof. 50 cm
Prof. 100 cm
Prof. 200 cm
Prof. 300 cm
Prof. 400 cm
Prof. 600 cm
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Laclau et al., 2010
0-1 AP
6-9 AP
1-2 AP
2-3 AP
3-4 AP
-80
-60
-40
-20
020
4060
80
3-4 YAH 2-3 YAH 1-2 YAH 0-1 YAH 6-9 YAP
I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6
-80
-60
-40
-20
020
4060
80
3-4 YAH 2-3 YAH 1-2 YAH 0-1 YAH 6-9 YAP
I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6
-80
-60
-40
-20
020
4060
80
3-4 YAH 2-3 YAH 1-2 YAH 0-1 YAH 6-9 YAP
I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6
-80
-60
-40
-20
020
4060
80
3-4 YAH 2-3 YAH 1-2 YAH 0-1 YAH 6-9 YAP
I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6
-80
-60
-40
-20
020
4060
80
3-4 YAH 2-3 YAH 1-2 YAH 0-1 YAH 6-9 YAP
I 3-4 I 2-3 I 1-2 I 0-1 I 5-6
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6
Stand age (years)
Ste
mw
oo
d d
ry m
atte
r (M
g h
a-1
)
-K-Na
+K
+Na
Mad
eira
do
tron
co (
Mg
MS
ha-1
)
Idade do povoamento (anos)
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
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Na idade de 6 anos:• Biomassa de madeira x 1,5 com aplicação de NaCl;• Biomassa de madeira x 2,2 com aplicação de KCl.
Substituição do K+ pelo Na+
Almeida et al., 2010
Primeira vez que uma resposta positiva ao aporte de NaCl foi demostrada em floresta;
Custo do NaCl < 20% do custo do KCl;
Uma adubação misturando KCl e NaCl poderia ser promissora para as empresas;
Pesquisas necessarias para entender os processos envolvidos.
Modelagem espacial dos balanços de C, água e nutrientes
Sensoriamentoremoto
Inventario florestal
Mapas de solo
Meteorologia
Parameterização do modelo para cada
talhão
Simulações na escala regional
Modelo ecofsiológico na escala do talhão
Simulações dos balanços de C, água e nutrientes na escala do talhão
Mudança de escala
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“Simples” mas com uma descrição dos principais processos biofísicos entre as plantas e o solo.
O modelo G’Day
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Doutorado: C. Marsden
Parameterização sobre uma rotação completa em Itatinga (E.E. Esalq) representativa da silvicultura nas empresas
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04 05 06 07 08 09 100
5
10
15
20
25
30
35
Yea
rly c
umul
ativ
e flu
x (t
C h
a-1
yr-1
)
Cumulative net primary production
03 04 05 06 07 08 09 100
100
200
300
400
500
600
Pla
nt A
vaila
ble
Wat
er (
mm
) Soil Water 0-5m
04 05 06 07 08 09 100
10
20
30
40
50
Ano
tC h
a-1
Carbon in biomass compartments
04 05 06 07 08 09 100
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
tC h
a-1
yr-1
Ano
Deposição de serapilheirasimulated leaf fall
measured leaf fall
simulated branch fallmeaured branch fall
simulated bark fall
measured bark fall
simulated Stem Cmeasured Stem C
simulated leaf C
measured leaf C
simulated plant Cmeasured plant C
measured PAW500
simulated PAW500simulated NPP
measured NPP
Produtividade primaria líquida acumulada Agua no solo 0–5 m
Carbono nos compartimentos das árvores
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Integração no modelo G’Day
Validação com medições destructivas
LAI
estim
ado
inve
rsa
ndo
as im
age
ns M
OD
IS
Biomassa do tronco (t C ha-1)
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Sim = 0.86*Med+ 6.79
r2
=0.91; p<0.001; RMSE=3.99 tC ha-1
Medido (t C ha-1)
Sim
ula
do
(t
C h
a-1)
G’Day com LAI forçado pelo sensoriamento remoto
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Pesquisas prioritárias ao curto prazo:
Estudar os efeitos das interações entre os ciclos de C, água e nutrientes sobre o funcionamento das árvores;
Experimento cruzando redução de chuva com disponibilidade de nutriente(E.E. da Esalq em Itatinga)
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Pesquisas prioritárias ao curto prazo:
A intensificação ecológica da produção;
Experimentos com plantações consorciadas de eucaliptos e acacias(E.E. da Esalq em Itatinga + empresas florestais)
Desde 2008:
Recursos:
- Obtidos: Empresas do IPEF (10), ANR - CIRAD (França), + apoio técnico da USP;
- Submetidos: Temático FAPESP, Agreenium (França);
Bolsas de doutorado: FAPESP (2), CNPq (1), CAPES (1), CIRAD-INRA (2);
Publicações: > 20 artigos em revistas internacionais;
A lista está disponivel sob demanda!
Introdução Carbono Água Nutrientes Modelagem Perspectivas
Muito obrigado pela atenção
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