Estratégias de regulação de povoamentos de Pinus elliottii e Pinus taeda utilizando programação linear

Abstract

Resumo: O cultivo do Pinus é uma alternativa importante para suprir a demanda de madeira e proteger as florestas nativas no Sul do Brasil. Porém, planejar o uso sustentável desses recursos ao longo do tempo é uma atividade que requer aplicações de procedimentos matemáticos de simulação e otimização florestal. Nesse contexto, o presente estudo teve como objetivo principal regular a estrutura volumétrica de povoamentos de Pinus elliottii e Pinus taeda utilizando programação linear. O banco de dados utilizado nessa pesquisa foi obtido a partir do inventário florestal contínuo da empresa Juliana Florestal, localizada em Caçador, estado de Santa Catarina, Brasil. Inicialmente, quatro modelos de regressão não linear foram ajustados para classificar os sítios dos povoamentos de Pinus elliottii e Pinus taeda, por meio da altura dominante. As curvas de índices de sítio foram avaliadas pelo teste de anamorfismo, para verificar a relação entre os índices de sítio e as alturas dominantes médias nas diferentes idades. Posteriormente, o modelo polinomial de 5° Grau foi ajustado para estimar o volume dos sortimentos florestais. O teste L&O foi aplicado para verificar a identidade das estimativas de volume total provenientes do método sem agrupamento (ajuste por idade) e com agrupamento (ajuste geral) dos dados. Para regular a estrutura dos povoamentos de Pinus spp. foram desenvolvidos e analisados quatro modelos de otimização: 1) maximização da produção volumétrica dos sortimentos; 2) maximização do valor presente líquido dos sortimentos; 3) minimização da oscilação da produção anual máxima e mínima dos sortimentos; 4) e minimização dos desvios absolutos da produção dos sortimentos entre anos consecutivos. Os diferentes cenários de programação linear descritos foram resolvidos pelo software OpTimber-LP®, que utilizou o SisPinus® para simular os regimes de manejo e o LINGO® para otimizar. O modelo de Bailey de 4 Parâmetros apresentou desempenho superior na classificação de sítios dos povoamentos de Pinus elliottii e Pinus taeda. As curvas de índices de sítio resultaram em padrão anamórfico para as duas espécies. O polinômio de 5° Grau ajustado com os dados não agrupados (ajuste por idade) proporcionou estatísticas superiores para estimativa do volume total. O teste L&O indicou que as estimativas de volume total foram estatisticamente diferentes entre os métodos testados, mas essas diferenças foram muito pequenas e, dessa forma, optou-se pelo modelo geral (com agrupamento).Os modelos de otimização testados foram capazes de regular a estrutura volumétrica dos povoamentos de Pinus spp. Os regimes de manejo otimizado na função objetivo que minimiza os desvios absolutos da produção dos sortimentos entre anos consecutivos, para evitar possíveis problemas operacionais. Palavras-chave: Classificação de sítios. Função de afilamento. Sortimento. Pesquisa operacional. Otimização.

Abstract: Pinus cultivation is an important alternative to supply the wood demand and to protect the native forests at Southern Brazil. However, planning the sustainable use of these resources throughout the time is an activity that requires mathematic procedures applications of forest simulation and optimization. In these context, the present study aimed to regulate the volumetric structure of the Pinus elliottii and Pinus taeda stands using linear programming. The database used in these research was obtained from continuous forest inventory of Juliana Florestal company, located at Caçador, Santa Catarina state, Brazil. Initially, four nonlinear regression models were fitted to classify the sites of the Pinus elliottii and Pinus taeda stands, by dominant height. The site index curves were evaluated by anamorphism test to verify the relation between site index and average dominant height at different ages. Posteriorly, the 5° Degree polynomial model was fitted to estimate the forests assortments volume. L&O test was applied to verify the identity of the total volume estimates from the without data grouping (fit by age) and with data grouping (general fit) method. To regulate the structure of the Pinus spp. stands four optimization models were developed and analyzed: 1) maximization of the assortments volumetric production; 2) maximization of the assortments net present value; 3) minimization of the assortments maximum and minimum annual production oscillation; 4) and minimization of the assortments absolute deviations production between consecutives ages. The different scenarios of linear programming described were solved by OpTimber-LP® software, that used the SisPinus® to simulate management alternatives and the LINGO® to optimize. The Bailey of 4 Parameters model showed superior performance in the site classification of the Pinus elliottii and Pinus taeda stands. Site index curves resulted in anamorphic patterns for both species. The 5° Degree polynomial fitted without data grouping (fit by age) provided higher statistics for total volume estimates. L&O test indicated the total volume estimates were statistically different between the methods tested, but the differences were very small and, thus, we adopted by general model (with grouping). Optimization models tested were able to regulate the volumetric structure of the Pinus spp. stands. The management activities optimized in the objective function that minimize the assortments maximum and minimum annual production oscillation to prevent possible operational problems. Keywords: Site classification. Taper function. Assortment. Operational Research. Optimization.