Biomass, carbon flows and energy in area Cerrado sense restrict and eucalyptus plantio in the Distrito Federal

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Florestal, 2017.Essa pesquisa teve como objetivo caracterizar as diferenças no estoque de Carbono e na dinâmica de trocas de massa e de energia em dois ambientes: o natural, representado pelo Cerrado sentido restrito, e floresta plantada, representada por povoamento de Eucalipto híbrido clonal, Eucalyptus urophylla x grandis. Todo o experimento foi conduzido na Fazenda Água Limpa (FAL), Brasília - Distrito Federal, Brasil. Foi utilizado o seguinte estudo integrado: combinando dados mensurados em campo; medição de fluxos de massa e energia; fluxos turbulentos verticais mensurados pelo método de Covariância de Vórtices Turbulentos, “EddyCovariance”; e a modelagem baseada em processos, uma vez que o modelo utilizado (Biome-BGC) avalia a interação entre os componentes edáficos, fisiológicos e meteorológicos e suas repostas na troca líquida de Carbono (NEE) para o ecossistema simulado. Utilizou-se o modelo Biome-BGC para estimar a troca líquida de Carbono anual para o Cerrado e o Eucalipto. A variabilidade da troca líquida de Carbono não foi bem representada, especialmente para o Cerrado sentido restrito, o que pode estar relacionada às características intrínsecas e fenológicas desse ambiente, bem como às limitações e habilidades preditivas do modelo Biome-BGC para estimar a NEE em ecossistema que apresenta heterogeneidade espacial e elevada diversidade de espécies vegetais. A substituição do uso do solo de Cerrado para cultivos de Eucalipto, alterou o estoque de Carbono no solo e na biomassa. O valor do estoque de Carbono total para a área de Cerrado sentido restritofoi de 257,72 Mg ha-1 e para o povoamento de Eucalipto, 203,23 Mg ha-1. No entanto, o Eucalipto avaliado, na faixa de idade estudada, 36 meses, ainda não alcançou a produção máxima de biomassa, em decorrência desse fato, durante o intervalo de tempo monitorado nesse estudo, a área de Cerrado apresentou maior estoque de Carbono total. A troca líquida de Carbono e o fluxo de energia, calor latente (LE), calor sensível (H) e para o solo (G) de cada ecossistema, Cerrado sentido restrito e Eucalyptus urophylla x grandis, apresentaram dinâmica compatível com as suas sazonalidades e fenologias. Em relação ao particionamento da energia, a área de Eucalipto nos anos de 2014 e 2015, apresentou menores valores da razão de Bowen, quando comparados com os valores referentes ao ano de 2016, o que pode estar associado à maior taxa de crescimento na etapa inicial e os processos relacionados a evapotranspiração, perda de vapor d’água, e fotossíntese. Durante o período seco, as duas vegetações apresentaram os maiores valores da razão de Bowen, no entanto, nos primeiros anos, a maior partição de energia foi para o Cerrado. O somatório da NEE para a área de Cerrado sentido restrito, período de 2013 a 2015, foi de 1.535,0 gC m-2, enquanto que para o Eucalipto foi de 1.490,8 gC m-2. Até o presente momento, por meio dessa pesquisa, há indicação de que o aumento da temperatura e de CO2, tem aumentado a assimilação de Carbono no ecossistema para o Cerrado sentido restrito avaliado, fato evidenciado por meio da troca líquida de Carbono anual observada de 2013 a 2015, (439, 518 e 578 gC m-² ano-1), na taxa de recrutamento 3,43% e incremento de biomassa na vegetação arbustivo-arbórea de 1,37 MgC ha-1, referente ao intervalo de 15 meses, abrangendo o ano de 2015, o qual apresentou o maior percentual de incremento em temperatura nos últimos anos. Para compreender esse conjunto de processos, será necessário o monitoramento a longo prazo para a área de Cerrado sentido restrito, assim como, faz-se necessário o monitoramento do povoamento de Eucalipto a longo prazo para avaliar as consequências na dinâmica dos fluxos de massa e energia, como também a capacidade de estoque de Carbono no ecossistema em função da substituição do uso do solo.The objective of this research was to characterize the differences in the carbon stock and the dynamics of mass and energy exchanges in two environments: the natural, represented by the Cerrado restrict sense, and planted forest, represented by clonal hybrid Eucalyptus, Eucalyptus urophylla x grandis. The whole experiment was conducted at FazendaÁguaLimpa (FAL), Brasília - Distrito Federal, Brazil. The following integrated study was used: combining data measured in the field; measurement of mass and energy flows; vertical turbulent flows measured by the Turbulent Vortices Covariance method, "Eddy Covariance"; and processbased modeling, since the model used (Biome-BGC) evaluates the interaction between edaphic, physiological and meteorological components and their responses in the net carbon exchange (NEE) for the simulated ecosystem. The Biome-BGC model was used to estimate the net annual carbon exchange for the Cerrado and Eucalyptus. The variability of the net carbon exchange was not well represented, especially for the Cerrado restrict sense, which may be related to the intrinsic and phenological characteristics of this environment, as well as the limitations and predictive abilities of the Biome-BGC model to estimate the NEE in ecosystem which presents spatial heterogeneity and high diversity of plant species. The substitution of the Cerrado soil for Eucalyptus plantations, altered the carbon stock in the soil and biomass. The value of the total carbon stock for the area Cerrado restrict sense was 257,72 Mg ha-1 and for the Eucalyptus stand, 203, 23 Mg ha-1. However, the evaluated Eucalyptus, in the studied age range, 36 months, still did not reach the maximum production of biomass, as a result of this fact, during the time interval monitored in this study, the Cerrado area presented higher total Carbon stock. The net carbon exchange and the energy flux, latent heat (LE), sensible heat (H) and for the soil (G) of each ecosystem, Cerrado restrict sense and Eucalyptus urophylla x grandis, presented dynamics compatible with their seasonalities and phenologies. In relation to energy partitioning, the Eucalyptus area in 2014 and 2015 presented lower values of the Bowen ratio when compared to the values for 2016, which may be associated with the higher growth rate in the initial stage and processes related to evapotranspiration, loss of water vapor, and photosynthesis. During the dry period, the two vegetations presented the highest values of the Bowen ratio, however, in the first years, the largest energy partition was for the Cerrado. The sum of the NEE for the area Cerrado restrict sense, period from 2013 to 2015, was 1,535.0 gC m -2, while for Eucalyptus it was 1,490.8 gC m-2. Up to the present time, through this research, there is indication that the increase of temperature and CO2, has increased the assimilation of Carbon in the ecosystem to the Cerrado restrict sense evaluated, fact evidenced by means of the annual net carbon change observed of 2013 to 2015, (439, 518 and 578 gC m- ² year-1), in the recruitment rate 3,43% and biomass increment in the shrub-tree vegetation of 1, 37 MgC ha- 1 , referring to the interval of 15 Months, covering the year 2015, which presented the highest percentage of increase in temperature in recent years. In order to understand this set of processes, it will be necessary the long-term monitoring for the Cerrado restricted sense area, as well as, it is necessary the monitoring of the long-term Eucalyptus settlement to evaluate the consequences in the dynamics of mass and energy flows, as well as the Carbon stock capacity in the ecosystem due to the substitution of land use