1. Physical-chemical properties and dynamic of necromass in Seasonal Semideciduous Forest
- Author
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Villanova, Paulo Henrique, Jacovine, Laércio Antônio Gonçalves, and Torres, Carlos Moreira Miquelino Eleto
- Subjects
Madeira - Deterioração ,Mata Atlântica ,Manejo Florestal ,Resíduos vegetais ,Créditos de carbono - Abstract
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Os fragmentos florestais de Mata Atlântica têm sofrido com os impactos das mudanças climáticas. A consequência direta desses impactos é o aumento da mortalidade de árvores e o consequente acúmulo de carbono na necromassa, sobretudo nos resíduos lenhosos grosseiros (CWDs). No entanto, esse acúmulo pode variar no espaço e no tempo, havendo a necessidade da realização de inventários contínuos de CWDs para captar essas variações e para quantificar possíveis impactos causados por eventos climáticos extremos, como as tempestades severas. Além disso, o processo de decomposição afeta as propriedades químicas e físicas dos CWDs e, consequentemente, altera suas características, incluindo a redução da capacidade de armazenamento de carbono por esse componente da floresta. Desta forma, os objetivos desse estudo foram: i) Caracterizar as propriedades físicas e químicas da necromassa submetidas ao processo natural de decomposição (Capítulo 1); ii) Avaliar a dinâmica do incremento em carbono da necromassa (Capítulo 2); iii) Dimensionar os impactos de uma tempestade severa no acúmulo de carbono da necromassa (Capítulo 3). O estudo foi conduzido em um fragmento de Floresta Estacional Semidecidual, no município de Viçosa-MG. Os CWDs como galhos, tocos e árvores caídas sob o solo da floresta e que apresentavam diâmetro ≥ 5 cm foram inventariados em dez parcelas permanentes de 20 m x 50 m e separados por classe diamétrica e de decomposição. Para atender ao primeiro objetivo do estudo (Capítulo 1), amostras de madeira dos CWDs foram utilizadas para determinação das propriedades físicas (densidade aparente) e químicas (teor de C e N) da necromassa. Análises complementares como a análise química imediata e termogravimétrica (TG/DTG) foram realizadas para investigar o efeito da decomposição nos teores de compostos químicos estruturais da necromassa. As médias de densidade aparente decresceram em função do aumento da classe de decomposição dos CWDs (0,62 – 0,37 g cm -3 ). Por outro lado, as médias dos teores de Carbono (C) e de Nitrogênio (N) foram menos impactados pelo aumento da decomposição dos CWDs, variando de 49,66 – 48,80% e 0,52% – 0,58%, respectivamente. A análise química imediata e termogravimétrica indicaram uma perda de holoceluloses e extrativos e um aumento da concentração de lignina e cinzas ao longo do processo de decomposição. A perda de massa pela TG/DTG foi maior para os CWDs menos decompostos e com maiores diâmetros. Em contrapartida, a massa residual foi maior para aqueles CWDs mais decompostos e com menores diâmetros. Para atender ao segundo objetivo do estudo (Capítulo 2), inventários contínuos de CWDs foram realizados entre os anos de 2017 e 2020. O volume, necromassa e estoque de carbono foram quantificados para cada ano de mensuração, utilizando dados de densidade aparente e teor de C obtidos no Capítulo 1. O incremento corrente anual em carbono dos CWDs foi calculado para os períodos de 2017- 2018, 2018-2019 e 2019-2020. O volume produzido foi crescente entre os anos de 2017 e 2020, variando de 26,72 – 47,08 m 3 ha -1 . Essa produção refletiu na necromassa e no estoque de carbono dos CWDs que também apresentaram valores crescentes ao longo dos anos, variando de 15,38 – 24,77 Mg ha -1 e 7,61 – 12,25 MgC ha -1 , respectivamente. O incremento corrente anual em carbono foi de 1,09 MgC ha -1 ano -1 , 1,24 MgC ha -1 ano -1 e 2,31 MgC ha -1 ano -1 , nos três períodos de monitoramento. O aprendizado de máquinas e a análise dos componentes principais (PCA) indicaram que variáveis climáticas tiveram maior peso no incremento em carbono dos CWDs nos períodos de 2018-2019 e 2019-2020, enquanto que variáveis edáficas, topográficas e intrínsecas a floresta foram mais importantes para o período de 2017-2018. Para atender ao último objetivo do estudo (Capítulo 3), a necromassa foi inventariada antes e após a ocorrência de uma tempestade severa no ano de 2019, o que possibilitou quantificar os impactos desses eventos climáticos extremos no acúmulo de carbono pelos CWDs. O incremento em carbono pela tempestade chegou a 2,01 MgC ha -1 , com maior concentração nos CWDs menos decompostos e que apresentavam menores centros de classes diamétricas. As parcelas do fragmento florestal apresentaram incrementos distintos (0,05 – 0,35 MgC), sendo influenciados por fatores espaciais, estruturais e qualitativos, intrínsecos a cada parcela. Os resultados encontrados neste estudo evidenciam o crescimento da produção de necromassa em florestas de Mata Atlântica ao longo do tempo, aumentando a importância deste componente no ciclo do carbono florestal. Palavras-chave: Florestas tropicais.Resíduos Lenhosos Grosseiros. Mortalidade. Decomposição. Estoque de Carbono. The Atlantic Forest fragments have suffered from the climate change impacts. The direct consequence of these impacts is the increase in tree mortality and the consequent accumulation of carbon in the necromass, especially in the Coarse Woody Debris (CWDs). However, this accumulation can vary in space and time, making it necessary to carry out continuous inventories of CWDs to capture these variations and to quantify possible impacts caused by extreme weather events, such as severe storms. In addition, the decomposition process affects the chemical and physical properties of the CWDs and, consequently, alters their characteristics, including the reduction in the carbon storage capacity of this component of the forest. Thus, the objectives of this study were: i) Characterize the physical and chemical properties of necromass submitted to the natural process of decomposition (Chapter 1); ii) Evaluate the dynamics of the increment in carbon in the necromass (Chapter 2); iii) Measure the impacts of a severe storm on necromass carbon accumulation (Chapter 3). The study was conducted in a fragment of Semideciduous Seasonal Forest, in Viçosa-MG. CWDs such as branches, stumps and trees that had fallen under the forest floor and which had a diameter ≥ 5 cm were inventoried in ten permanent plots of 20 m x 50 m and separated by diameter and decay class. To meet the first objective of the study (Chapter 1), wood samples from the CWDs were used to determine the physical (apparent density) and chemical (C and N content) of the necromass. Complementary analyzes such as immediate chemical and thermogravimetric analysis (TG/DTG) were carried out to investigate the effect of decomposition on the contents of structural chemical compounds of necromass. The apparent density means decreased as a function of the increase in the decomposition class of the CWDs (0.62 – 0.37 g cm -3 ). On the other hand, the averages of Carbon (C) and Nitrogen (N) contents were less impacted by the increase in the decomposition of CWDs, ranging from 49.66 - 48.80% and 0.52% - 0.58%, respectively. Immediate chemical and thermogravimetric analysis indicated a loss of holocelluloses and extractives and an increase in the concentration of lignin and ash throughout the decomposition process. The mass loss by TG/DTG was greater for less decomposed CWDs and with larger diameters. On the other hand, the residual mass was greater for those CWDs that were more decomposed and with smaller diameters. To meet the second objective of the study (Chapter 2), continuous inventories of CWDs were carried out between 2017 and 2020. The volume, necromass and carbon stock were quantified for each year of measurement, using bulk density and C content data obtained in chapter 1. The current annual increment in Carbon of the CWDs was calculated for the periods 2017-2018, 2018-2019 and 2019-2020. The volume produced increased between 2017 and 2020, ranging from 26.72 – 47.08 m 3 ha -1 . This production was reflected in the necromass and carbon stock of the CWDs, which also showed increasing values over the years, ranging from 15.38 – 24.77 Mg ha -1 and 7.61 – 12.25 MgC ha -1 , respectively. The current annual increment in carbon was 1.09 MgC ha -1 yr -1 , 1.24 MgC ha -1 yr -1 and 2.31 MgC ha -1 yr -1 , in the three monitoring periods. Machine learning and principal component analysis (PCA) indicated that climate variables had greater weight in the carbon increment of CWDs in the 2018-2019 and 2019-2020 periods, while edaphic, topographic and forest-intrinsic variables were more important for the period 2017-2018. To meet the last objective of the study (Chapter 3), necromass was inventoried before and after the occurrence of a severe storm in 2019, which made it possible to quantify the impacts of these extreme weather events on carbon accumulation by CWDs. The increase in carbon from the storm reached 2.01 MgC ha -1 , with a higher concentration in CWDs that were less decomposed and that had smaller centers of diameter classes. The forest fragment plots presented distinct increments (0.05 – 0.35 MgC), being influenced by spatial, structural and qualitative factors, intrinsic to each plot. The results found in this study show the growth of necromass production in Atlantic Forest forests over time, increasing the importance of this component in the forest carbon cycle. Keywords: Tropical forests. Coarse Woody Debris. Mortality. Decomposition. Carbon stock.
- Published
- 2021