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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-13082020-180005
Documento
Autor
Nome completo
Elvis Felipe Elli
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2020
Orientador
Banca examinadora
Sentelhas, Paulo Cesar (Presidente)
Caron, Braulio Otomar
Gonçalves, José Leonardo de Moraes
Monteiro, José Eduardo Boffino de Almeida
Título em inglês
Eucalyptus simulation models: understanding and mitigating the impacts of climate variability and change on forest productivity across Brazil
Palavras-chave em inglês
3PG
APSIM
FAO Agroecological Zone Model
Sub-optimal management
Temperature stress
Water deficit
Resumo em inglês
Eucalyptus plantations in Brazil face a large productivity variability, as a result of the effects of contrasting environmental conditions across the cultivated regions, genotype and management practices. Simulation models are important tools to guide forest planning and decision-making since they integrate biophysical aspects with climate, soil, management and genetic factors, predicting forest productivity. This study aimed to use different simulation models for assessing the effects of climate variability and change on Eucalyptus productivity across Brazil, and then to propose strategies for mitigating potential negative impacts on forest production. The models FAO, APSIM-growth, APSIM-Eucalyptus and 3PG were adapted, calibrated and evaluated using experimental yield data from 2012 to 2017 of eight Eucalyptus clones distributed over 23 locations in Brazil. After that, simulation models were applied to (i) determine the magnitudes and causes of Eucalyptus growth gaps in Brazil, (ii) gauge the effects of climate variability on Eucalyptus productivity; (iii) perform a global sensitivity analysis of various genetic traits under present and future climate scenarios and (iv) assess the susceptibility of Eucalyptus plantations to future climate scenarios and quantify the uncertainties in future projections. All assessed models performed well to predict Eucalyptus growth and yield across Brazil, and the use of an ensemble approach reduced the uncertainties in yield simulations when compared to the individual performance of the models. The water deficit was the main cause of Eucalyptus growth gaps in Central Northern Brazil, while in Southern Brazil, the sub-optimal forestry management was the main one. Spatial and temporal climate variability strongly affected Eucalyptus mean annual increment (MAI) across Brazil. Sites located in North Paraná and South São Paulo were the most productive ones. A higher MAI coefficient of variation was observed in drier environments. Traits for radiation use efficiency, leaf partitioning, fine root partitioning and extinction coefficient were the most influential for Eucalyptus yield under present climate. Traits for photosynthetic temperature response will become more important under future climates. The responses of Eucalyptus productivity to climate change will be highly site-specific and will mostly depend on the balance between the possible negative effects of climate stresses and the potential productivity increments by elevated CO2 concentration. In general, Eucalyptus plantations located in South and Southeast Brazil are expected to experience increases in attainable MAI under climate change scenarios, while those located in North Brazil will experience more pronounced MAI reductions. Future climate projections may provide valuable information that may facilitate the exploration of improved potential strategies for forestry adaptation on a regional or global scale. However, forest companies and foresters should be cautious when using projected information for local-scale adaptation options, since the uncertainties in future projections are substantially large. Eucalyptus simulation models performed well in simulating Eucalyptus productivity across a wide range of climates and soil types and for different Brazilian genotypes and, therefore, are promising tools forest planning and decision making, helping foresters and companies to assess mitigation strategies for increasing forestry resilience and productivity in the face of climate variability and change across Brazil.
Título em português
Modelos de simulação do eucalipto: entendendo e mitigando os impactos da variabilidade e das mudanças climáticas sobre produtividade florestal no Brasil
Palavras-chave em português
3PG
APSIM
Déficit hídrico
Estresse por temperatura
Manejo sub-ótimo
Modelo da Zona Agroecológica - FAO
Resumo em português
As plantações de eucalipto apresentam alta variabilidade produtiva, o que é resultado das distintas condições ambientais em que as florestas são plantadas e suas interações com o genótipo e o manejo florestal. Modelos de simulação são ferramentas importantes para auxiliar no planejamento e tomadas de decisão no setor florestal, pois integram aspectos biofísicos com variáveis do clima, solo, manejo e genética para predizer a produtividade florestal. O objetivo deste estudo foi utilizar diferentes modelos de simulação para avaliar os efeitos da variabilidade e das mudanças climáticas sobre a produtividade do eucalipto no Brasil e, então, propor ações estratégicas que possam mitigar os possíveis impactos negativos à produtividade. Os modelos FAO, APSIM-growth, APSIM-Eucalyptus e 3PG foram adaptados, calibrados e avaliados, utilizando-se dados experimentais de produtividade do período de 2012 a 2017 de oito clones de eucalipto distribuídos em 23 localidades no Brasil. Em seguida, os modelos foram utilizados para (i) determinar as magnitudes e causas das quebras de produtividade do eucalipto no Brasil; (ii) quantificar os efeitos da variabilidade climática sobre a sua produtividade; (iii) realizar uma análise de sensibilidade global de diferentes características genéticas sob clima atual e futuro e (iv) avaliar a suscetibilidade das plantações de eucalipto aos cenários climáticos futuros, bem como quantificar as incertezas das projeções futuras. Todos os modelos de simulação apresentaram desempenho satisfatório para estimar a produtividade da cultura do eucalipto, sendo que o uso de uma abordagem ensemble reduziu levemente as incertezas nas simulações, quando comparado ao desempenho individual dos modelos. O déficit hídrico foi a principal causa das quebras de produtividades no Centro-Norte do Brasil, enquanto na região Sul, o manejo sub-ótimo foi a principal causa. A variabilidade climática, tanto espacial como temporal, afetou substancialmente o incremento médio anual (IMA) do eucalipto no Brasil. Localidades no Norte do Paraná e Sul de São Paulo foram as mais produtivas. O coeficiente de variação do MAI foi maior em locais mais secos. Características relacionadas à eficiência do uso da radiação, partição de folhas e raízes finas e coeficiente de extinção foram os que mais influenciaram a produtividade do eucalipto sob condições de clima atual. Características relacionadas à resposta fotossintética à temperatura se tonarão mais importantes em climas futuros. É esperado que resposta da produtividade do eucalipto às mudanças climáticas seja altamente dependente da localidade e vai depender em grande parte do balanço entre os possíveis impactos negativos de estresses climáticos e os potenciais incrementos de produtividade devido ao aumento da concentração de CO2. De modo geral, é esperado que as plantações localizadas no Sul e Sudeste do Brasil apresentem aumentos no IMA em cenários de mudanças climáticas, já aquelas localizadas no Norte do Brasil deverão apresentar reduções. Projeções climáticas futuras podem proporcionar informações importantes a fim de facilitar a exploração de estratégias adaptativas em escala regional ou nacional. Entretanto, silvicultores devem ser cautelosos ao usar tais informações visando adaptação em escala local, uma vez que as incertezas nas projeções futuras são consideravelmente altas. Os modelos de simulação empregados apresentaram bom desempenho para simular a produtividade do eucalipto em diferentes climas, solos e para diferentes genótipos e, portanto, são ferramentas promissoras para o planejamento e as tomadas de decisão por parte dos silvicultores e empresas florestais, auxiliando na busca por estratégias mitigadoras para aumentar a resiliência e a produtividade florestal frente à variabilidade e às mudanças climáticas no Brasil.
 
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Elvis_Felipe_Elli.pdf (11.62 Mbytes)
Data de Publicação
2020-08-17
 
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