Submitted by Jadson Francisco de Jesus SILVA (jadson@uefs.br) on 2018-03-02T22:16:44Z No. of bitstreams: 1 clovesvilasboas_disserta??o_mestrado_2017.pdf: 2913418 bytes, checksum: bb279ced1f535288e5f541d897d80a7d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-02T22:16:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 clovesvilasboas_disserta??o_mestrado_2017.pdf: 2913418 bytes, checksum: bb279ced1f535288e5f541d897d80a7d (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / There is a great need for the development of more efficient systems for monitoring the dynamics of atmospheric carbon so that there is a better understanding of the interactions between the biosphere and the atmosphere. However, it is critical that these technologies have high coverage and low cost. In the vegetation, the process of biomass generation through photosynthesis is a determining factor in the way a vegetated area will appear radiometrically in the satellite images, therefore, the remote sensing becomes an alternative to the monitoring of this dynamics, having a High coverage and have a low cost. The objective of this work is to analyze the dynamics of CO2 fluxes in the Caatinga Biome by means of multispectral remote sensing, verifying the potential of multispectral images in the detection of CO2 fluxes in areas of preserved Caatinga and in a regenerated state. The study was carried out in areas of Caatinga in the municipality of Petrolina-PE and Araripina-PE, areas that are monitored by micrometeorological stations. The methodology adopted was based on the modeling of the Carbon Forest Sequestration Index (CO2flux) that measures the efficiency of the carbon sequestration process by vegetation, and proposes the integration of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) with the Index of Photochemical Reflectance (PRI). For the database, 22 OLI (Landsat-8) multispectral scenes were used together with field-measured meteorological data to verify the relationship between the variables analyzed. The results showed that the vegetation of the Caatinga has seasonal variations in CO2 flows in regions with different vegetation types. The CO2flux index can be applied to determine the CO2 fluxes, presenting better adjustments when the CO2 data are compared using the 1 pixel reading in the image, showing to be more efficient in relation to the analysis with the footprint in. However, based on spectral models of vegetation, it was possible to determine the dynamics of CO2 flows in areas of preserved Caatinga and in regeneration state using data extracted from multispectral sensors. / H? uma grande necessidade no desenvolvimento de sistemas mais eficazes para o monitoramento da din?mica do carbono atmosf?rico, para que haja uma melhor compreens?o das intera??es entre a biosfera e a atmosfera. No entanto, ? fundamental que essas tecnologias possuam alta cobertura e um baixo custo. Na vegeta??o, o processo de gera??o de biomassa por meio da fotoss?ntese ? um fator determinante na forma como uma ?rea vegetada ir? aparecer radiometricamente nas imagens de sat?lite, portanto, o sensoriamento remoto vem a ser uma alternativa para o monitoramento dessa din?mica, por ter uma alta cobertura e possuir um baixo custo. O objetivo deste trabalho ? analisar, por meio de sensoriamento remoto multiespectral, a din?mica dos fluxos de CO2 no Bioma Caatinga, verificando o potencial das imagens multiespectrais na detec??o dos fluxos de CO2 em ?reas de Caatinga preservada e em estado de regenera??o. O estudo foi desenvolvido em ?reas de Caatinga no munic?pio de Petrolina-PE e Araripina-PE, ?reas monitoradas por esta??es micrometeorol?gicas. A metodologia adotada foi a partir da modelagem do ?ndice de Sequestro Florestal de Carbono (CO2flux) que mede a efici?ncia do processo de sequestro de carbono pela vegeta??o, e que prop?e a integra??o do ?ndice de Vegeta??o por Diferen?a Normalizada (NDVI) com o ?ndice de Reflect?ncia Fotoqu?mica (PRI). Foram utilizadas, para a base de dados, 22 cenas multiespectrais do sensor OLI (Landsat-8) juntamente com dados meteorol?gicos medidos em campo, a fim de verificar a rela??o entre as vari?veis analisadas. Os resultados mostraram que a vegeta??o da Caatinga tem varia??es sazonais nos fluxos de CO2 nas regi?es com diferentes tipos de vegeta??o. O ?ndice CO2flux pode ser aplicado para a determina??o os fluxos de CO2, apresentando melhores ajustes quando os dados de CO2 s?o comparados utilizando a leitura de 1 pixel na imagem, mostrando ser mais eficiente em rela??o a analise com as ?reas de influ?ncia (footprint) em rela??o aos pontos amostrais, no entanto, os dados de footprint apresentaram tamb?m correla??es significativas. Portanto, baseado nos modelos espectrais de vegeta??o foi poss?vel determinar a din?mica dos fluxos de CO2 em ?reas de Caatinga preservada e em estado de regenera??o utilizando dados extra?dos de sensores multiespectrais.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2015-11-26T11:30:41Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Arielle Elias Arantes -2015.pdf: 3887062 bytes, checksum: 7a0abb81f47daa3a2cac3f3c03fe9694 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-11-27T07:10:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Arielle Elias Arantes -2015.pdf: 3887062 bytes, checksum: 7a0abb81f47daa3a2cac3f3c03fe9694 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-27T07:10:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Arielle Elias Arantes -2015.pdf: 3887062 bytes, checksum: 7a0abb81f47daa3a2cac3f3c03fe9694 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-02-02 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / The Brazilian savanna (known as Cerrado) is an upland biome made up of various physiognomies, from herbaceous to arboreal. In this work, vegetation greenness (EVI), precipitation (PPT), and evapotranspiration (ET) data for the 2000 to 2012 period were analyzed in order to understand the phenology of the major Cerrado natural and anthropic landscapes, as well as its relation to precipitation, net primary productivity (NPP), biomass, and evapotranspiration fluxes, according to different land use scenarios. Along the 13 years under analysis, for all vegetation types the mean wet season duration varied from eight to nine months, while the growing season lasted seven to eight months. The mean start of the wet and growing seasons were very close for all land cover types during these 13 years, with the start of the wet season in August or September (with the exception of 2002 and 2007), and the start of the growing season in September or October. The mean end of the wet and growing seasons occurred in April or May and in May or June, respectively. The start, the end, and the duration of the wet and the growing seasons varied according to rainfall volume and distribution, which are affected by the El Niño and La Niña phenomena. For example, during El Niño years, the start of the wet season occurred earlier in August, and the duration of the wet season was longer than eight months. If followed by a La Niña, the start of the growing season of the vegetation occurred later in October and the duration of the season was shorter than eight months. In addition to the rainfall variability (El Niño and La Niña) and the type of vegetation (natural or anthropic grasslands), the start, the end, and the duration of the wet and growing seasons are also affected by the spatial variation (latitude and longitude). Considering the spatial variation of the start of the wet and growing seasons, the beginning was earlier in the southern portion of the Cerrado biome, in August-September and September-October, and later in the north, in November-December and October-December, respectively. The end of the season showed the same behavior, i.e. an earlier end (March-April) in the southern portion for the wet and growing seasons, while much later in the northern portion (June-July). Regarding the seasonal and phenological behavior of the different vegetation types, the green-up for all Cerrado physiognomies started in mid-September to the end of October, at the onset of the rainy season, reaching peak values from December through January, and a gradual senescence, starting as early as March or April. The total Cerrado growing season biomass for 2002 was 28 gigatons of carbon and the evapotranspiration was 1336 gigatons of water. A sample-based response associated with the area occupied by each vegetation type showed that pasture and cropland had 52% and 22% less NPP and ET than natural landscapes. The mean growing season evapotranspiration and biomass for 2002 was 576 Gt of water and 12 Gt of carbon for pasture and croplands compared to 760 Gt of water and 16 Gt of carbon for the Cerrado natural vegetation. Considering a modeled future scenario (year 2050), the ET flux from natural Cerrado vegetation was 394 Gt less than in 2002 and 991 Gt less than in a potential scenario, characterized with only natural vegetation, while the carbon was eight Gt less than in 2002 and 21 Gt less than in a pre-conversion Cerrado (potential scenario). In 2050, the sum of the pasture and cropland ET fluxes increased by 405 Gt, relative to 2002, and the carbon by 11 Gt. At last, the different land use scenarios showed that the deforestation impact until now in the fluxes of evapotranspiration and in the biomass were greater than the future scenario. / A savana Brasileira (conhecida como o Cerrado) é um bioma de terras altas, formado por várias fitofisionomias de vegetação herbácea à arbórea. Neste trabalho, dados de vigor vegetativos (EVI), precipitação (PPT) e evapotranspiração (ET), para o período de 2000 a 2012, foram analisados com o intuito de compreender a fenologia das principais paisagens naturais e antrópicas do Cerrado, assim como a sua relação com a precipitação e a produtividade primária líquida (NPP), a biomassa e os fluxos de evapotranspiração, de acordo com diferentes cenários de cobertura e uso da terra. Nos 13 anos de análises, para todos os tipos de vegetação, a média da duração da estação chuvosa variou de oito a nove meses, enquanto a estação de crescimento durou de sete a oito meses. As médias do início da estação chuvosa e da estação de crescimento da vegetação foram próximas para os principais tipos de vegetação do cerrado, com o início da estação chuvosa em Agosto ou Setembro (com exceção dos anos de 2002 e 2007) e da estação de crescimento em Setembro ou Outubro. As médias do fim da estação chuvosa e da estação de crescimento ocorreram em Abril ou Maio e em Maio ou Junho, respectivamente. O início, o fim e a duração da estação chuvosa e da estação de crescimento da vegetação variaram conforme a quantidade e a distribuição da precipitação, a qual é afetada pelo fenômeno do El Niño e da La Niña. Por exemplo, durante anos de El Niño, o início da estação chuvosa ocorreu precocemente (em Agosto) e a sua duração foi superior a oito meses. Quando seguido por um La Niña, o início da estação de crescimento ocorreu mais tarde e a duração da estação foi inferior a oito meses. Além da variabilidade das chuvas (El Niño e La Niña) e do tipo de vegetação (gramíneas naturais ou antrópicas), o início, o fim e a duração da estação chuvosa e de crescimento da vegetação também são afetados pela variação espacial (latitude e longitude). Considerando a variação espacial do início da estação chuvosa e da estação de crescimento da vegetação, o começo foi mais cedo na porção sul do bioma Cerrado, em Agosto-Setembro e Setembro-Outubro, e mais tarde no norte, em Novembro-Dezembro e Outubro-Dezembro, respectivamente. O fim da estação teve o mesmo comportamento, com um fim mais cedo na porção sul, em Março-Abril, e mais tarde na porção norte, em Junho-Julho. Com relação ao comportamento sazonal e fenológico dos diferentes tipos de vegetação, a rebrota de todas as fitofisionomias de Cerrado começou em meados de Setembro até o fim em Outubro, com o início da estação chuvosa, atingindo os valores máximos em Dezembro a Janeiro; a senescência foi gradual, começando cedo (Março ou Abril). A biomassa total do Cerrado durante a estação de crescimento para 2002 foi 28 gigatoneladas (Gt) de carbono e a evapotranspiração foi 1336 Gt de água. A resposta baseada nas amostras associada com a área ocupada por cada tipo de vegetação mostra que a pastagem e a agricultura tiveram 52% e 22% menos NPP e ET do que as paisagens naturais. A média da evapotranspiração e da biomassa da estação de crescimento para 2002 foi de 576 Gt de água e de 12 Gt de carbono para a pastagem e agricultura, e de 760 Gt de água e a 16 Gt de carbono para a vegetação natural de Cerrado. Considerando o cenário futuro modelado para o ano de 2050, o fluxo de ET da vegetação natural foi 394 Gt menor do que em 2002 e 991 Gt menor do que no cenário potencial, caracterizado com apenas vegetação natural, enquanto o carbono foi 8 Gt menor do que 2002 e 21 Gt menor do que no cenário de pré-conversão do Cerrado (cenário potencial). Em 2050, a soma dos fluxos de ET da pastagem e agricultura aumentou em 405 Gt, relativamente a 2002, e o carbono em 11 Gt. Em fim, os diferentes cenários de uso da terra mostraram que o impacto do desmatamento até os dias de hoje nos fluxos de evapotranspiração e na biomassa foram maiores do que o cenário futuro.

O crescimento e o desenvolvimento de ecossistemas florestais são fortemente influenciados pelas flutuações do clima. Sendo assim, espera-se que florestas de eucalipto de rápido crescimento sejam amplamente afetadas pelas mudanças climáticas. A utilização de métodos que possibilitem a avaliação e comparação dos atributos funcionais do xilema das árvores sob a dinâmica dos ciclos biogeoquímicos são necessários, a fim de antecipar e mitigar as consequências das mudanças climáticas no funcionamento das plantações. A análise do crescimento, anatomia, microdensidade e propriedades hidráulicas do xilema podem trazer importantes conhecimentos sobre a fisiologia das árvores. A avaliação dessas propriedades, contudo, ocorre geralmente em algumas regiões do xilema do tronco, ou ramos, sendo sua avaliação ao longo de todo o histórico das árvores um desafio. Assim, a relação entre as propriedades e atributos funcionais das árvores com os ciclos da água e do carbono no nível do ecossistema ainda não está claro. Em março de 2008, instalou-se em área localizada próxima do município de Itatinga-SP, a torre de fluxo do Projeto EucFlux. O projeto tem como objetivo avaliar os fluxos de carbono e água (eddy covariance) ao longo do crescimento e desenvolvimento de árvores de eucalipto. Isso, permite avaliar as dinâmicas biogeoquímicas sobre o ecossistema florestal, buscando predizer sua produtividade sob diferentes condições climáticas. Em novembro de 2009, mudas de Eucalyptus grandis foram plantadas na área experimental de 90 ha, sendo avaliadas (diâmetro, altura, volume, etc.) até maio de 2018 (final da rotação). Com o corte das árvores, uma análise retrospectiva das propriedades e atributos funcionais do xilema do tronco de árvores de E. grandis foi realizada. Buscando compreender as relações dessas propriedades com as variações inter-intranuais das variáveis climáticas e ciclos do carbono e da água registrados pela torre de fluxo. Os métodos, resultados e avanços do presente estudo são descritos em dois capítulos. No Capítulo I, utilizou-se amostras do lenho de Eucalyptus grandis, Tectona grandis e Cedrela fissilis, para a descrição de um protocolo para obtenção de cortes histológicos longos e seus potenciais usos para avaliação de anéis de crescimento de árvores de eucalipto e espécies arbóreas tropicais, em uma abordagem conjunta de anatomia microscópica, perfis de microdensidade e anatomia quantitativa. Para o Capítulo II, avaliou-se árvores de E. grandis, seus anéis de crescimento (classes dominantes e codominantes), relacionando o crescimento radial e as propriedades do lenho do seu tronco (anatomia e microdensidade conforme capítulo I) com os ciclos biogeoquímicos (torre de fluxo, eddy covariance) em um período de 8 anos e em resolução inter-intranual. Como também a relação da formação do xilema com o crescimento em altura das árvores no mesmo período e resolução. Observou-se diferenças significativas entre o crescimento e as propriedades do lenho das três classes de dominância, onde as dominantes, seguidas pelas codominantes e dominadas, apresentaram maiores dimensões e densidade do lenho. As variáveis climáticas e fluxos de carbono e água apresentaram forte correlação com as propriedades e atributos funcionais do lenho, onde maior temperatura média e disponibilidade de água, resultaram em maior crescimento do tronco, menor densidade do lenho e vasos de maior diâmetro e, assim, maior condutividade potencial do xilema. A evapotranspiração do ecossistema apresentou correlação significativa com todas as variáveis estudadas, sendo forte indício das flutuações das variáveis climáticas e, assim, regulador da formação do xilema e funcionamento das árvores. Observou-se correlação entre os fluxos de carbono e crescimento, onde valores mais negativos de C (maior sequestro) resultaram em maior crescimento. O evento de estresse hídrico de 2014 teve forte efeito sobre os ciclos do carbono e da água, alterando assim, as propriedades do lenho das árvores. Ainda, o crescimento em altura teve forte correlação com as propriedades do lenho, onde maior altura resultou em vasos de maior dimensão e, assim, um sistema hidráulico com maior potencial de condução, contudo, com maior risco de cavitação e falha hidráulica. Os resultados integrados apontam o forte potencial da utilização de cortes histológicos longos para espécies tropicais, aprimorando a delimitação das camadas de crescimento anuais e permitindo a quantificação de variáveis anatômicas em conjunto com perfis de microdensidade, fundamentais para estudos fisiológicos das árvores. Assim, a relação das propriedades do lenho, com as flutuações das variáveis climáticas e ciclos do carbono e da água ao longo de todo o histórico de uma rotação de eucalipto em resolução inter-intranual tornou-se possível, indicando importantes novas possibilidades para os estudos de dendrocronologia e ciências florestais. / Growth and development of forest ecosystems are strongly influenced by climate fluctuations. Thus, fast-growing eucalyptus forests are expected to be largely affected by climate change. The use of methods that allow the evaluation and comparison of the functional traits of the tree xylem under the dynamics of the biogeochemical cycles are necessary in order to anticipate and mitigate the consequences of climate change on the functioning of plantations. The analysis of the growth, anatomy, microdensity and hydraulic properties of the xylem can bring important knowledge about the physiology of the trees. The evaluation of these properties, however, usually occurs in some regions of the trunk xylem, or branches, and their evaluation throughout the entire tree history is a challenge. Thus, the relationship between the properties and functional traits of trees with water and carbon cycles at the ecosystem level is still unclear. In March 2008, the flux tower of the EucFlux Project was installed in an area located near of Itatinga-SP. The project aims to evaluate the flux of carbon and water (eddy covariance) along the growth and development of eucalyptus trees. This allows to evaluate the biogeochemical dynamics on the forest ecosystem, seeking to predict its productivity under different climate conditions. In November 2009, seedlings of Eucalyptus grandis were planted in the experimental area of 90 ha, being evaluated (diameter, height, volume, etc.) until May 2018 (end of rotation). With the cut of the trees, a retrospective analysis of the properties and functional traits of the trunk xylem of E. grandis trees was performed. Seeking to understand the relationships of these properties with inter and intra annual variations of the climate variables and cycles of carbon and water, recorded by flux tower. The methods, results and advances of the present study are described in two chapters. In Chapter I, samples of Eucalyptus grandis, Tectona grandis and Cedrela fissilis wood, were used to describe a protocol for obtaining long histological sections and their potential uses for evaluation of growth rings of eucalyptus trees and tropical tree species, in a joint approach of microscopic anatomy, microdensity profiles and quantitative wood anatomy. For Chapter II, it was evaluated E. grandis trees, their growth rings (dominant and codominant classes), relating the radial growth and the wood properties of their trunk (anatomy and microdensity according to chapter I) to the biogeochemical cycles (flux tower, eddy covariance) over a period of 8 years in inter and intra annual resolution. As also, the relation of the xylem formation with the growth in height of the trees in the same period and resolution. Significant differences were observed between growth and wood properties of the three dominance classes, where dominant, followed by codominant and dominated, had larger wood dimensions and density. The climate variables and carbon and water fluxes showed a strong correlation with the properties and functional attributes of the wood, where higher mean temperature and water availability resulted in higher trunk growth, lower wood density and larger diameter vessels, greater potential conductivity of the xylem. The evapotranspiration of the ecosystem showed a significant correlation with all the studied variables, being a strong indication of the climate variables fluctuations and, therefore, regulator of xylem formation and tree functioning. There was a correlation between carbon fluxes and growth, where more negative values of C (higher sequestration) resulted in higher growth. The water stress event of 2014 had a strong effect on the carbon and water cycles, thus altering the wood properties of the trees. Also, the growth in height had a strong correlation with the properties of the wood, where higher height resulted in larger vessels and, thus, a hydraulic system with greater potential of conduction, however, with greater risk of cavitation and hydraulic failure. The integrated results point to the strong potential of using long histological sections for tropical species, improving the delimitation of the annual growth layers and allowing the quantification of anatomical variables together with microdensity profiles, fundamental for physiological studies of the trees. Thus, the relationship of wood properties with fluctuations in climate variables and cycles of carbon and water throughout the history of an inter-intranasal eucalyptus rotation became possible, indicating important new possibilities for the studies dendrochronology and forest sciences.