Geoestatística aplicada à modelagem da dinâmica de crescimento e características químicas do solo de um fragmento florestal

Abstract

Resumo: A fragmentação das formações florestais, sobretudo a Floresta Ombrófila Mista (FOM), têm motivado as pesquisas científicas na caracterização dos remanescentes florestais, considerando a dinâmica de diversos componentes do ecossistema florestal. Contudo, muitas dessas pesquisas têm sido realizadas sem considerar a possível influência que uma determinada variável do ambiente pode exercer sobre outra, e sem a preocupação com a influência da dependência espacial no comportamento das variáveis de um ecossistema, bem como sua representação no espaço. Desta forma, este trabalho visou a análise da dinâmica de crescimento e condições edáficas de um fragmento de FOM, bem como a modelagem geoestatística dessas variáveis. Para tanto foram utilizados dados provenientes de um inventário contínuo em três parcelas permanentes de 1 ha cada, subdivididas em 25 subunidades com dimensões de 20 x 20m (400 m²) totalizando uma área amostral de 3 ha, localizadas na Estação Experimental Rudi Arno Seitz, no município de São João do Triunfo, Paraná. Os anos de análise foram de 2009 a 2013, perfazendo um período de 4 anos, nos quais todos os indivíduos arbóreos com diâmetro à altura do peito igual ou maior que 10,0 cm (dap ? 10,0 cm) foram identificados e mensurados, além da coleta de amostras compostas de solo, retiradas por tradagem na profundidade de 0-20 cm e analisadas quimicamente, todas georreferenciadas. A dinâmica de crescimento da floresta foi avaliada pelo incremento periódico anual em diâmetro e área basal, incremento corrente anual em área basal, mortalidade e recrutamento, e para a compreensão das relações do componente arbóreo e condições edáficas, utilizou-se a estatística multivariada com a técnica da análise de componentes principais e posterior correlação entre as variáveis consideradas. Tais variáveis foram modeladas por meio do Software ArcGIS, aplicando a krigagem e cokrigagem como interpoladores para dados não amostrados. Em análise da dinâmica florestal observou-se um crescimento em diâmetro de 0,19 cm.ano-1, e em área basal de 0,42 m².ha-1.ano-1, considerados padrão para essa tipologia florestal. A taxa média de recrutamento (1,7%) foi superior à taxa média de mortalidade (1,0%), mostrando que o fragmento encontra-se em constante processo de recomposição e desenvolvimento. O solo das parcelas estudadas apresentou condição elevada de acidez, alta concentração de alumínio e baixa saturação por bases, indicando locais de baixa fertilidade natural. A utilização das técnicas de análise multivariada de dados permitiu compactar os grupos de variáveis estudadas por meio dos componentes principais, os quais representaram 70% da variância total dos dados, e as correlações entre os grupos foram consideradas moderadas, indicando que a influência das variáveis químicas do solo na dinâmica florestal não foi perceptível em sua totalidade. Em geral, a modelagem geoestatística para os dois grupos de variáveis analisadas, possibilitou estimativas satisfatórias, com precisão aceitável tendo em vista os parâmetros gerados pelo semivariograma e validação. Por meio dos mapas de inferência gerados, foi possível a análise visual do comportamento espacial de cada variável, ressaltando as diferentes tendências entre as parcelas estudadas, concluindo-se que a geoestatística mostrou grande potencial na caracterização do fragmento quanto à dinâmica florestal e condições edáficas. Palavras-chave: Floresta Ombrófila Mista. Estrutura florestal. Condições edáficas. Análise multivariada. Geoprocessamento.

Abstract: Fragmentation of forests, especially on the Araucaria Forest (AF) have motivated scientific research on the characterization of forest remnants, considering the dynamics of various components of the forest ecosystem. However, many of these studies have been conducted without considering the possible influence that a certain environment variable can have on another, and without concern for the influence of spatial dependence in the behavior of the variables of an ecosystem, as well as their representation in space. Thus, this work aimed to analyze the growth dynamics and soil conditions of a fragment of AF and the geostatistical modeling of these variables. Therefore, we used data from a continuous inventory in three permanent plots of 1 ha each, subdivided into 25 sub-units with dimensions of 20 x 20m (400 m²) with a total sample area of 3 ha, located at the Experimental Station Rudi Arno Seitz in São João do Triunfo, Paraná. The years of analysis were from 2009 to 2013, for a period of 4 years, in which all trees with diameter at breast height equal to or greater than 10.0 cm (dbh ? 10.0 cm) were identified and measured. Additionally composite soil samples were taken at depth of 0-20 cm and chemically analyzed, all georeferenced. The dynamics of forest growth was assessed by periodic annual increment in diameter and basal area, mean annual increment in basal area mortality and recruitment, and to understand the relations between trees and soil conditions, multivariate statistics was used by the means of principal component technique analysis and subsequent correlation between the variables considered. These variables were modeled using the ArcGIS, applying kriging and cokriging as interpolatior for data not sampled. Analyzing forest dynamics, were observed an increase in diameter of 0.19 cm.ano-1, and in basal area of 0.42 m².ha- 1.ano-1, considered standard for this forest type. The average recruitment rate (1.7%) was higher than average mortality rate (1.0%), showing that the fragment is in constant process of recovery and development. The soil of the studied plots showed condition of high acidity, high concentration of aluminum and low base saturation, indicating locations of low fertility. The use of multivariate analysis techniques allowed the compression of the groups of variables by the principal components, which accounted for 70% of the total variance, and correlations between groups were considered moderate, indicating that the influence of chemical variables of the soil in forest dynamics was not noticeable in its entirety. In general, the geostatistical modeling for the two groups of variables analyzed allowed satisfactory estimates with acceptable accuracy considering the parameters generated by the semivariogram and validation. Through the inference maps, it was possible the visual analysis of the spatial behavior of each variable, highlighting the different trends between the plots studied, concluding that geostatistics showed great potential in the characterization of the fragment regarding the forest dynamics and soil conditions. Keywords: Araucaria Forest, Forest Structure, Edaphic Conditions, Multivariate Analysis, Geoprocessing.