Os monitoramentos de longo prazo dos fluxos de carbono, água e nutrientes de plantações florestais exigem grande quantidade de amostras, de mão-de-obra e de análises de laboratório, utilizando diferentes ferramentas e métodos para cada componente de estudo. Assim, é incompleto ou extremamente oneroso a obtenção de informações precisas sobre o uso de recursos naturais das plantações florestais e, consequentemente, suas reais sustentabilidades.

No entanto, a nova técnica da torre de fluxo (Eddy Flux Tower Covariance Method) foi consolidada na década de 90, e tem se mostrado como uma ferramenta padrão, ou referência, para avaliar os fluxos de energia, carbono e água entre os ecossistemas e a atmosfera, e que usa uma torre para abrigar equipamentos meteorológicos sobre a copa da floresta.

Esta técnica permite então obter informações que são essenciais para aprimorar a floresta e o manejo do meio ambiente, destacando-se: i) obtenção contínua do crescimento da floresta e sua relação com os fatores ambientais; ii) obtenção do balanço de água e de nutrientes; iii) estimativa do uso, e da eficiência do uso, da água e dos nutrientes pelo eucalipto; iv) calibração e validação de modelos ecofisológicos; e v) aprimoramento das práticas silviculturais através do uso de tais modelos.

Assim, visando aplicar tal técnica e conhecer, em detalhes, os fluxos de carbono, água e energia ao longo de uma rotação completa de Eucalyptus, 11 empresas florestais, apoiadas por universidades e institutos de pesquisa do Brasil, da França e dos Estados Unidos, implementaram o Programa Cooperativo EUCFLUX, que tem por título completo: “Quantificação dos Balanços de Carbono, Água e Nutrientes, na Escala do Ecossistema, para uma rotação do Eucalipto usando Torre de Fluxo”.

Ao longo de 2006 e 2007 foi definida a área de instalação da torre, definida e realizada toda logística de concepção e importação dos equipamentos, e finalmente sua montagem. O “start-up” da torre ocorreu em Dezembro de 2007 e operou normalmente ao longo de 2008.

Esquema do balanço de carbono obtido na torre de fluxo.

Metodologia da Torre de Fluxo

A técnica denominada “Eddy Covariance” ou “Torre de Fluxo” avalia a taxa de troca de CO2, vapor d’água e energia, na interface atmosfera e o dossel da floresta, através da medição da covariância entre as flutuações na velocidade vertical do vento e a taxa de mistura destes gases no ar. A técnica permite estudar trocas de C, água e energia, avaliando a resposta da vegetação às variáveis ambientais, buscando compreender os mecanismos que as controlam, ao longo de escalas espaciais e temporais, para aperfeiçoar modelos de simulação de ciclos de carbono e água.

As concentrações de água e CO2 são medidas em uma alta freqüência (20 Hz = 20 medições por segundo) utilizando-se de IRGAs (Infra-Red Gas Analyser), como o Licor 7500, em que as mudanças da velocidade vertical do vento são medidas através de um anemômetro ultrasônico tri-dimensional.

Sensores de fluxo (anemômetro ultrassônico tridimensional)
instalados na torre de fluxo para quantificar os fluxos de C e água.

Esses dados são processados em tempo real, e as médias são computadas a cada meia hora e somadas para se obterem estimativas diárias, mensais e anuais de balanço de energia, evapotranspiração, e produtividade primária líquida do ecossistema (NEP ~ Seqüestro de Carbono). Devido a sua alta resolução temporal, o método é também adaptado para o estudo da fisiologia do ecossistema, como por exemplo, quantificar a resposta de todo um ecossistema a mudanças diurnas e sazonais no microclima, e outras variáveis ambientais.

Outra característica e vantagem da metodologia é que a torre integra o comportamento de uma grande área florestada (de 150 a 200 ha), considerando seus fluxos de água e carbono. Os fluxos de carbono podem ser divididos em fluxos de fotossíntese, do solo e de respiração. Paralelamente, os fluxos de nutriente podem ser associados com o estágio de desenvolvimento das florestas para obter um balanço, a nível de solo, essencial para análises de sustentabilidade a longo prazo.

Ciclagem Biogeoquímica

Concomitantemente ao balanço de carbono, o projeto Eucflux irá acompanhar a mudança do armazenamento de água no solo, computada a partir das medições de sondas TDR, instaladas em 2 locais do sítio (texturas média e argilosa), e até 10 metros de profundidade. O ciclo bioquímico será acompanhado determinando-se a movimentação de nutrientes ao longo do perfil do solo, a acumulação de nutriente acima e abaixo do solo dos compartimentos das árvores, taxa de decomposição da serapilheira da floresta, e retranslocação interna na árvore. Serão estudadas também as taxas de produção de raízes finas, e suas características de absorção de nutrientes ao longo do perfil, usando-se isótopos.

Objetivos

O EUCFLUX tem por objetivo estimar as quantidades de energia, carbono, água e nutrientes para uma rotação completa de clones de eucalipto, a nível do ecossistema (150 a 200 ha), usando o método da torre de fluxo, para obter o efeito das variáveis ambientais sobre a produtividade da floresta, fertilidade do solo e sobre a hidrologia, objetivando:

• Medir, diariamente, a produtividade florestal, e os fluxos de energia, carbono e água ao longo de uma rotação, capturando os efeitos sazonais na produtividade;
• Estimar o seqüestro de carbono e sua alocação dentro do ecossistema, abaixo e acima do solo;
• Estimar a reserva de água e os efeitos de uma plantação florestal sobre a disponibilidade de água;
• Estimar a dinâmica e reserva dos nutrientes (ciclos biogeoquímicos) ao longo de toda a rotação;
• Estimar a eficiência de uso de água, da luz, e dos nutrientes, e seus padrões sazonais;
• Testar (calibração/validação) os modelos ecofisiológicos a serem usados como ferramentas para fins de produção e sustentabilidade; e
• Publicar trabalhos científicos tanto para a comunidade brasileira como para a internacional.

Fluxos médios de Carbono, a cada 30 minutos, na Torre de Fluxo
do Projeto Eucflux, no dia 1º de Abril de 2008. Valores negativos significam
captura pela floresta, e valores positivos, perdas para a atmosfera.

Histórico e Empresas Participantes

O EUCFLUX surgiu como uma iniciativa conjunta de 3 grupos de pesquisa e das empresas participantes, através de reuniões técnico-científicas e administrativas conduzidas ao longo de 2005 e 2006.

Estes grupos de pesquisa são o IPEF, Esalq/USP e a North Carolina State University, através do projeto BEPP, que desde 2001 trabalha na investigação de temas relacionados à ecofisiologia do Eucalyptus, do CIRAD (Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique) instituto da França que há 5 anos desenvolve pesquisas de ecofisiologia conjuntamente com a Esalq/USP, e o IAG/USP (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da USP) a qual participa de projetos em outras torres de fluxo no Brasil. A este grupo de pesquisa se uniram, em 2006, 11 empresas do setor florestal que ratificaram sua participação no programar: Acesita Energética; Fibria; Copener Florestal; CAF Santa Bárbara; Cenibra; Duratex; Klabin, Conpacel; Suzano e V&M Florestal.

Próximo à área de estudo da torre de fluxo, dois ou três testes clonais (solos de textura média e argilosa) serão instalados em 2009, após o corte e reforma da área, com 1 clone de cada empresa, visando elaborar campanhas para caracterizar a variabilidade dos parâmetros fisiológicos e nutricionais entre eles.

A Torre do EUCFLUX

Para utilizar o método das torres de fluxo é necessário: 1) um terreno plano; 2) o plantio deve cobrir uma área extensa (100 a 200 ha). Estas condições foram encontradas em uma fazenda da Duratex, em Itatinga, SP, próxima à Estação Experimental de Itatinga da Esalq/USP, onde existe a infra-estrutura de suporte aos pesquisadores e alunos de graduação e pós-graduação.

Após a definição do local da instalação, a torre foi planejada e sua parte estrutural foi comprada no Brasil, enquanto todo seu sistema micro-meteorológico foi importado dos Estados Unidos, da Inglaterra e da Holanda. Ao longo de 2007 e 2008 as peças foram sendo construídas, com apoio do pessoal técnico do INRA, CIRAD e USP, e um sistema de segurança, com pára-raios, cercas e vigilância foi também montado para assegurar a coleta contínua de dados.

A torre, com 35 metros de altura, teve seu “start-up” em Dezembro de 2007, e passou a operar de forma ininterrupta, a partir de 1º de março de 2008, sobre uma floresta de Eucalyptus grandis com 6 anos de idade.

Padrão teórico de balanço de C em um ecossistema recém colhido. O EUCFLUX irá identificar os valores
exatos de cada curva e integrando estes dados o acúmulo, ou captura de carbono, entre as rotações.

O Sítio do EUCFLUX

Uma área de cerca de 200 ha de plantio de E. grandis esta sendo manejada. Ela representa um padrão típico de manejo de eucalipto no Brasil. A produtividade atual da área varia de 38 a 58 m³/ha/ano, sendo o plantio oriundo de sementes. Após 1 ano de mensuração com a torre a floresta será cortada e reformada com 1 clone de alta produtividade para o local, e as medições da torre continuarão por mais 6 anos, até o novo corte.

Assim haverá uma completa determinação do balanço de carbono, água e energia ao longo de um ciclo completo, e suas medições detalhadas em campo, desenvolvendo modelos pormenorizados de crescimento ao nível da árvore e dos órgãos (copa, tronco e raízes).

Os Subprojetos

A torre de fluxo será um aglutinador de diversas pesquisas, denominadas de subprojetos, e que irão se compor ao longo dos anos de estudo. Em 2008, 8 projetos de pesquisa já estavam em atividade, e integram o projeto Eucflux:

Sub-Projeto 1: Quantificação dos fluxos de carbono e água entre uma plantação florestal e a atmosfera numa rotação;
Sub-Projeto 2: Quantificação dos fluxos de água e nutrientes numa rotação;
Sub-Projeto 3: Calibração e espacialização de modelos ecofisiológicos a nível da árvore, povoamento e regional;
Sub-Projeto 4: Determinação da eficiência de uso de recursos naturais (água, luz, nutrientes) ao longo da rotação;
Sub-Projeto 5: Avaliação da variabilidade temporal e genética dos usos e eficiências dos usos da água, luz e nutrientes pelo Eucalyptus;
Sub-Projeto 6: Comparação dos ciclos biogeoquímicos em dois níveis de produtividade e suas variabilidades entre clones de Eucalyptus;
Sub-Projeto 7: Avaliação da atividade radicular nas camadas do solo (0 a 10 m);
Sub-Projeto 8: Modelagem atmosférica dos fluxos de água, carbono e energia;
Sub-Projeto 9: Uso do sensoriamento remoto e videografia na caracterização das propriedades da copa do Eucalyptus; e
Sub-Projeto 10: Uso do sensoriamento com Lidar para avaliação do estoque de biomassa da parte aérea e propriedades da copa do Eucalyptus.

Vários destes projetos já contam com bolsas de estudos, ou apoio, do Brasil (CNPq, CAPES e FAPESP), e do exterior (França e EUA), e o projeto conta com veículo próprio (Kombi).

Aparelhos de medição da umidade no solo e respiração do tronco.

Eventos

• “IV Reunião do Projeto EUCFLUX” – ESALQ/USP, Março 2008
• “V Reunião do Projeto EUCFLUX” – Itatinga/Duratex, Setembro 2008
• “VI Reunião do Projeto EUCFLUX” – Porto Seguro, BA. Novembro 2008

Publicações

Stape, J.L., D. Binkley, and M.G. Ryan. 2008. Production and Carbon Allocation in a Clonal Eucalyptus Plantation with Water and Nutrient Manipulations. Forest Ecology and Management, 255: 920-30.

Nouvellon et al. 2008. Soil CO2 effluxes, soil carbon balance, and early tree growth following savannah afforestation in Congo: Comparison of two site preparation treatments. Forest Ecology and Management, 255: 1926-36.

Nouvellon, Y., Stape, J.L., Bonnefond, J.M., Laclau, J.P., Rocha, H. Seasonal variation of carbon dioxide and water vapour fluxes above an eucalypt plantation in Brazil. In: International IUFRO Conference on Canopy Processes and Productivity, Porto Seguro, Brasil. p.35.

Marsden, C., Maire, G., Stape, J.L., Nouvellon, Y. Analysis of Modis-NDVI time series of Eucalyptus stands in South-eastern Brazil. In: International IUFRO Conference on Canopy Processes and Productivity, Porto Seguro, Brasil. p.44-45.

Giunti Neto, C.J.; Stape, J.L.; Hakamada, R.; Silva,S. Calibração do uso de fotos hemisféricas e do ceptômetro para a estimativa do Índice de Área Foliar em plantações de Eucalyptus. 2007. Curso (Engenharia Florestal) - Universidade de São Paulo.

Equipe

Coordenação científica e operacional (Comitê Gestor)
Prof. José Luiz Stape
Pesq. Yann Nouvellon
Pesq. Jean-Paul Laclau
Engº Raul Chaves

Pesquisadores associados
Prof. Humberto Rocha - USP
Prof. José Leonardo Moraes Gonçalves - USP
Prof. Paulo Sentelhas - USP
Prof. Wellington Dellitti - USP
Laurent Saint André - CIRAD
Jean-Pierre Bouillet - CIRAD
Danny Lo Seen - CIRAD
Guerric le Maire - CIRAD
Mike Ryan - USDA Forest Service
Denis Loustau - INRA
Jean-Marc Bonnefond - INRA
Jacques Ranger - INRA
Daniel Epron - Universidade de Nancy
Randolph Wynne - Virginia Tech

Pesquisadores das empresas
Raul Chaves - Duratex S.A.
Wanderlei Cunha - ArcelorMittal BioEnergia Ltda
Sebastião Fonseca - Fibria Celulose S/A
Rodolfo Loos - Fibria Celulose S/A
José Luiz Gava - Suzano Papel e Celulose S.A.
Alex Santos - Consórcio Paulista de Papel e Celulose - Conpacel
Cláudio Silva - Fibria Celulose S/A
Ernesto Norio - Fibria Celulose S/A
Aline Angeli - Copener Florestal / Bahia Pulp
Jacyr Mesquita Alves - Copener Florestal / Bahia Pulp
Fernando Leite - Celulose Nipo-Brasileira S.A. - CENIBRA
Gualter Silva - Celulose Nipo-Brasileira S.A. - CENIBRA
Helder Andrade - V&M Florestal
Roosevelt Almado - ArcelorMittal BioEnergia Ltda
Djalma Muller - Klabin S.A.

Pós-Doutorado
Juan Delgado Rojas - Esalq/USP

Alunos Pós-Graduação
Otávio Campoe - Esalq/USP
Claire Marsden - CIRAD
Maureen Voigtlaender - Esalq/USP
Eduardo da Silva - Esalq/USP
Cristiane Zani - Esalq/USP

Alunos Graduação
Estela Foltran - Esalq/USP
Jose Luiz Conti - Esalq/USP
Raissa Cortes - Esalq/USP
Fabricio Sebok - Esalq/USP

Prestador de Serviços Técnicos
Éder Araujo Silva - Floragro

Parcerias
North Carolina State University
Esalq/USP
Fibria Celulose S/A
ArcelorMittal BioEnergia Ltda
Celulose Nipo-Brasileira S.A. - CENIBRA
Consórcio Paulista de Papel e Celulose - Conpacel
Copener Florestal / Bahia Pulp
Duratex S.A.
Klabin S.A.
Suzano Papel e Celulose S.A.
V&M Florestal
FAPESP