Effect of drought on carbon dynamics in Seasonal Semidecidual Forest, Viçosa, Minas Gerais

O aumento dos eventos climáticos extremos, como a seca, podem trazer consequências negativas para a dinâmica florestal. Entender esse processo na Mata Atlântica e como essas mudanças globais no clima afetam seu ecossistema, pode ser importante na compreensão do mesmo e auxiliar em estratégias de conservação e preservação. Portanto, objetivou-se avaliar a dinâmica de crescimento em carbono, bem como sua relação com o clima e prognosticar a mortalidade e sobrevivência de árvores em uma Floresta Estacional Semidecidual, localizada em Viçosa – MG, Brasil. O estudo foi realizado em um fragmento regenerado de Mata Atlântica, com 17 ha. O trabalho foi dividido em três artigos. No primeiro, foi avaliado dinâmica de carbono na área de estudo. Para isso, utlizou-se os dados de10 parcelas permanentes, com 0,1 ha (20x50m) cada, instaladas aleatoriamente sobre a área. Nos anos de monitoramento (1994, 1997, 2000, 2004, 2008, 2010, 2013 e 2016) todos os indivíduos com DAP (Diâmetro à Altura do Peito; à 1,3 m do solo) maior ou igual 5,0 cm foram inventariados eidentificados.Para verificar diferenças estatísticas entre as estimativas dos anos aplicou-se o teste “t” pareado. O estoque de carbono pelas espécies também foi avaliado. Em relação ao estoque de carbono, observou-se uma tendência de acréscimo com o passar dos anos, de 50,36 Mg ha -1 , em 1994, para 75,87 Mg ha -1 , em 2016, um aumento acréscimo de 25,51 Mg ha -1 . Não foram observadas diferenças significativas pelo teste t “pareado” para os períodos de 2000-2004 (p-valor = 0,2155), 2008-2010 (p-valor = 0,8491) e 2013-2016 (p-valor = 0,4945). As espécies com maiores estimativas de estoques de carbono ao final do monitoramento foram Anadenanthera peregrina (L.) Speg., Newtonia contorta (DC.) Burkart e Casearia ulmifolia Vahl ex Vent.. O maior estoque de carbono foi verificado para o grupo das espécies secundárias iniciais e nas classes de tamanho medianas (diâmetro entre 20-30 cm). As maiores taxas de mortalidade se concentraram nas espécies classificadas como pioneiras e em árvores de menor porte. O crescimento propriamente dito do fragmento, incremento bruto, foi de 43,21 MgC ha -1 , incluindo o carbono presente no ingresso. Já o crescimento líquido foi 25,52 MgC ha -1 , superior a mortalidade, que foi de 17,97 MgC ha -1 . O incremento periódico líquido anual em carbono para a comunidade foi de 1,160 Mg ha -1 ano -1 . Portanto, a Floresta Estacional Semidecidual avaliada apresenta um alto potencial de estocagem de carbono e contribui efetivamente para remoção do carbono atmosférico e consequente mitigação dos impactos no clima. No segundo artigo, foi avaliada a correlação entre um índice de seca e a dinâmica de árvores na área de estudo. Neste caso, foi o Agricultural Reference Index for Drought (ARID) e os dados climatológicos foram obtidos na estação meteorológica do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Observou-se que os valores mensais do índice de seca que indicavam seca extrema, ou seja, valores próximos a 1, que mais correlacionaram com as taxas de mortalidade durante os períodos de monitoramento foram as médias do mês de setembro, de um período de 4 anos anteriores ao monitoramento. Assim, o índice de seca proposto, ARID, forneceu uma avaliação da resposta das florestas aos eventos de seca, que afetam sua estrutura e dinâmica. No terceiro artigo, foi realizada a prognose da sobrevivência e da mortalidade individual de árvores utilizando redes neurais artificiais, com emprego de variável climática, índice de competição e variáveis categóricas. Para isso foram utilizadas informações da qualidade do fuste, da copa e dos níveis de infestação de cipós e iluminação de copa das árvores mensuradas. O índice de competição utilizado foi o dependente da distância. A eficiência global da classificação foi acima de 92% no treinamento e acima de 93% no teste, para todas as RNAs. A taxa de acerto da classificação do número de árvores sobreviventes foi acima de 99% no teste e no treinamento para todas as RNAs. Porém, a classificação do número de árvores mortas apresentou baixa precisão. A RNA 4, com variável climática e índice de competição, foi a que apresentou a maior taxa de acerto na mortalidade (10,96 % para treino e 13,76 para o teste). Os resultados indicaram que o índice de competição e a variável climática podem ser as variáveis consideravelmente explicativas para prever a mortalidade de árvores em florestas estacionais semidecíduasThe increase on the number of extreme climate events, such as drought, can have negative consequences on the forest dynamics. Understanding the impact of these events and how global warming affects forests ecosystems, such as the Atlantic Forest, can be useful on improving conservation and preservation strategies. The objective of this study was to evaluate the dynamics of carbon growth, as well its relation with the climate, in order to predict the mortality and survival of trees in a semi deciduous seasonal forest, located in Viçosa, MG, Brazil. The study was carried out in an Atlantic Forest regenerated fragment, with 17 ha. The work was divided into three articles. In the first one, carbon dynamics was evaluated in the study area. For this, the data of 10 permanent plots, with 0.1 ha (20x50m) each, were randomly installed over the area. On the monitoring years (1994, 1997, 2000, 2004, 2008, 2010, 2013 and 2016), all individuals with a DBH (diameter at breast height,1.3 m) greater than or equal to 5.0 cm were inventoried and identified. To verify statistical differences between the estimates of the years the matched "t" test was applied. The carbon stock by species was also evaluated. In relation to carbon stock, there was a trend of increase over the years, from 50.36 Mg ha -1 in 1994 to 75.87 Mg ha -1 in 2016, which is an increase of 25, 51 Mg ha -1 . No significant differences were observed on the paired t-test for the periods 2000-2004 (p-value = 0.2155), 2008-2010 (p- value = 0.8491) and 2013-2016 (p-value = 0.4945). The species with the highest estimates of carbon stocks at the end of the monitoring were Anadenanthera peregrina (L.) Speg., Newtonia contorta (DC.) Burkart and Casearia ulmifolia Vahl ex Vent .. The highest carbon stock was verified on the group of initial secondary species with medium size (diameter between 20-30 cm). The highest mortality rates were concentrated in the species classified as pioneers and in smaller trees. The actual growth of the fragment, gross increase, was 43.21 MgC ha -1 , including the carbon presented at the ingress. The net growth was 25.52 MgC ha -1 , higher than mortality, which was 17.97 MgC ha -1 . The annual net on carbon increment for the community was 1,160 Mg ha -1 year -1 . Therefore, the evaluated semi deciduous seasonal forest presents a high potential for carbon storage and contributes effectively to the removal of atmospheric carbon. Consequently, it is able to contribute on the mitigation of the impacts of climate change. In the second article, the correlation between the Agricultural Reference Index for Drought (ARID), a drought index, and the tree dynamics on the study area was evaluated. For this study, climatological data were obtained from the meteorological station of the National Institute of Meteorology (INMET). It was observed that monthly values of the ARID index that indicates extreme drought, values close to 1, were mostly correlated with mortality rates 4 years later on the monitoring periods. Thus, the proposed dry index, ARID, provided an assessment of the response of forests to drought events. In the third article, it was performed the prognosis of individual tree survival and mortality using artificial neural networks, taking into account climatic variable, competition index and categorical variables. In order to do that, information of stem quality, canopy quality, levels of leaves infestation and canopy lighting of the trees were used. The competition index used was distance dependent. The overall efficiency of the classification was above 92% in training and above 93% in the test, for all ANNs. The accuracy rate of the classification regarding the number of surviving trees was above 99% on both, test and training, for all ANNs. However, the classification of the number of dead trees presented low precision. RNA 4, with climatic variable and competition index, presented the highest rate of correctness in mortality (10.96% for training and 13.76% for the test). The results indicated that the competition index and the climatic variable might be the considerably explanatory variables to predict the mortality of trees in semi deciduous seasonal forests.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic