The overarching goal of my dissertation is to explore the potential and limits of a trait-based approach to plant ecology. Together, the different studies presented here address two explicit and implicit foundational assumptions underpinning the trait-based approach: (1) that the correlation patterns and biological significance of traits transfer across scales and (2) that the phenotypic complexity of plants can accurately be synthesized into a few meaningful traits to study their ecology. Moreover, the last chapter focuses on a third key assumption: (3) that traits are strong predictors of plant performance (Shipley et al. In Press). I examine these assumptions by exploring multivariate patterns of phenotypic variation and integration across different ecological scales (e.g., individuals, populations, species) while explicitly considering the phenotypic complexity of trees, both in terms of their multidimensional and integrated nature. Two themes thus permeate this body of work: scales and phenotypic complexity. Much of what we know about the relationships among key traits comes from species-scale studies. Trait variation at smaller scales are often interpreted in the context of these interspecific relationships, but it is not clear that interspecific patterns observed at global scales apply to smaller scales. Moreover, although plants are complex, integrated organisms with intricate relationships among their traits, single traits are often studied and interpreted without considering the rest of the phenotype. Yet, examining individual traits outside of their phenotypic context might provide limited insight or be misleading. To address these shortcomings, this body of work examines multidimensional patterns of trait variation and correlation across ecological scales. It uses (1) a set of six ecophysiological leaf traits from mature trees in a lowland tropical rainforest, and (2) a set of twenty leaf, root, stem, branch and whole-plant ecophysiological traits from deciduous saplings in a temperate forest. The combination of our findings point to three main conclusions: (i) local interspecific and intra-population trait integration structures differ from each other and from the global interspecific patterns reported in the literature, such that global-scale interspecific patterns cannot readily be transferred to more local scales; (ii) considering the complexity of the plant phenotype provides better insights into ecological patterns and processes than what we can learn from considering individual or a handful of traits; and (iii) traits strongly affect individual plant performance, although there is no relationship between a species' trait correlation structure and its environmental niche, which suggests that there are multiple alternative optimal phenotypes in a given environment.

Em comunidades vegetais podem existir diversos tipos de interações entre os indivíduos presentes, independente destes serem da mesma espécie (intraespecíficas) ou de espécies diferentes (interespecíficas). Em campo nativo caracterizado por efeitos de abandono, fortes modificações da estrutura da vegetação e reduções na diversidade têm sido observadas, atribuídos, entre outros fatores, à entrada de espécies arbustivas. Através de dados ecofisiológicos dos indivíduos participantes no processo, como taxa fotossintética, condutância estomática e transpiração foliar, é possível determinar se existe alguma interação entre as espécies presentes, Baccharis dracunculifolia, Baccharis trimera e Andropogon lateralis, se esta é benéfica, o que poderia caracterizar um processo de facilitação, se estas espécies estão competindo por recursos, ou até mesmo a ocorrência de neutralismo entre elas. Além disso, a caracterização da vegetação campestre em situações com ou sem arbustos pode contribuir para a avaliação do efeito dos arbustos. Para a realização desse estudo foram alocadas 15 parcelas com a presença da espécie arbustiva B. dracunculifolia e 15 parcelas, pareadas às primeiras, onde tal espécie não se encontra, totalizando 30 parcelas. Verificaram-se parâmetros fisiológicos, como taxas de fotossíntese e transpiração, a condutância estomática e a eficiência do uso da água das espécies selecionadas baseado na sua representatividade no ambiente de estudo, B. trimera e A. lateralis, bem como a estrutura, composição e diversidade da vegetação. Também foi realizado um censo da própria população de B. dracunculifolia. A fim de caracterizar as interações entre a espécie arbustiva e as espécies em sua sub-copa foram comparadas as médias dos parâmetros fisiológicos bem como parâmetros (diversidade, composição, riqueza) da comunidade vegetal em parcelas com ou sem arbustos por meio de análise de variância. Os resultados mostraram que B. dracunculifolia exerce certa competição para as duas espécies-alvo, mas não causa mudanças muito fortes na estrutura da vegetação. Como também foi observado que a população de B. dracunculifolia não esta conseguindo se regenerar num campo abandonado, pode ser concluído que a espécie, apesar da modificação forte da fisionomia vegetal, tem pouco impacto na dinâmica sucessional de um campo abandonado. / In plant communities, several types of interactions between individuals can occur, regardless of these being of the same species (intraspecific) or of different species (interspecific). In a grassland areas characterized by natural effects of abandonment, strong changes in vegetation structure and reduction in diversity have been observed, attributed, among other factors, to encroachment by a shrub species. Through ecophysiological data of individuals participating in the process, such as photosynthetic rate, stomatal conductance and leaf transpiration, it is possible to determine whether there is any interaction between the shrub species, Baccharis dracunculifolia, and two species growing under its canopy, Baccharis trimera and Andropogon lateralis, and, if so, if this it is beneficial, which could characterize facilitation of a process, if these species are competing for resources, or even neutrality between them. Furthermore, the characterization of the grassland community in situations with or without shrub can contribute to evaluate the effect of the latter. To conduct this study, 15 plots with the presence of shrub species B. dracunculifolia and 15 plots, paired with the first, where that species is not found were allocated in an abandonend grassland, totaling 30 plots. Physiological parameters (rates of photosynthesis and transpiration and stomatal conductance) of the two species selected based on their high abundance in the environment were studied, as well as the structure, composition and diversity of vegetation. Also, a census of the population of B. dracunculifolia itself was conducted. In order to characterize the interactions between the shrub species and the species in growing in its subcanopy the mean physiological parameters as well as parameters (diversity, composition, richness) of the plant community in plots with or without shrubs were compared by analysis of variance (ANOVA). The results showed that B. dracunculifolia exerts some competition between species, but does not cause strong changes in vegetation structure. As also could be noted that B. dracunculifolia is not regenerating in the abandoned grassland, it can be concluded that the species, despite the strong modification of vegetation physionomy, has little impact on the successional dynamics of abandoned grassland.

Em comunidades vegetais podem existir diversos tipos de interações entre os indivíduos presentes, independente destes serem da mesma espécie (intraespecíficas) ou de espécies diferentes (interespecíficas). Em campo nativo caracterizado por efeitos de abandono, fortes modificações da estrutura da vegetação e reduções na diversidade têm sido observadas, atribuídos, entre outros fatores, à entrada de espécies arbustivas. Através de dados ecofisiológicos dos indivíduos participantes no processo, como taxa fotossintética, condutância estomática e transpiração foliar, é possível determinar se existe alguma interação entre as espécies presentes, Baccharis dracunculifolia, Baccharis trimera e Andropogon lateralis, se esta é benéfica, o que poderia caracterizar um processo de facilitação, se estas espécies estão competindo por recursos, ou até mesmo a ocorrência de neutralismo entre elas. Além disso, a caracterização da vegetação campestre em situações com ou sem arbustos pode contribuir para a avaliação do efeito dos arbustos. Para a realização desse estudo foram alocadas 15 parcelas com a presença da espécie arbustiva B. dracunculifolia e 15 parcelas, pareadas às primeiras, onde tal espécie não se encontra, totalizando 30 parcelas. Verificaram-se parâmetros fisiológicos, como taxas de fotossíntese e transpiração, a condutância estomática e a eficiência do uso da água das espécies selecionadas baseado na sua representatividade no ambiente de estudo, B. trimera e A. lateralis, bem como a estrutura, composição e diversidade da vegetação. Também foi realizado um censo da própria população de B. dracunculifolia. A fim de caracterizar as interações entre a espécie arbustiva e as espécies em sua sub-copa foram comparadas as médias dos parâmetros fisiológicos bem como parâmetros (diversidade, composição, riqueza) da comunidade vegetal em parcelas com ou sem arbustos por meio de análise de variância. Os resultados mostraram que B. dracunculifolia exerce certa competição para as duas espécies-alvo, mas não causa mudanças muito fortes na estrutura da vegetação. Como também foi observado que a população de B. dracunculifolia não esta conseguindo se regenerar num campo abandonado, pode ser concluído que a espécie, apesar da modificação forte da fisionomia vegetal, tem pouco impacto na dinâmica sucessional de um campo abandonado. / In plant communities, several types of interactions between individuals can occur, regardless of these being of the same species (intraspecific) or of different species (interspecific). In a grassland areas characterized by natural effects of abandonment, strong changes in vegetation structure and reduction in diversity have been observed, attributed, among other factors, to encroachment by a shrub species. Through ecophysiological data of individuals participating in the process, such as photosynthetic rate, stomatal conductance and leaf transpiration, it is possible to determine whether there is any interaction between the shrub species, Baccharis dracunculifolia, and two species growing under its canopy, Baccharis trimera and Andropogon lateralis, and, if so, if this it is beneficial, which could characterize facilitation of a process, if these species are competing for resources, or even neutrality between them. Furthermore, the characterization of the grassland community in situations with or without shrub can contribute to evaluate the effect of the latter. To conduct this study, 15 plots with the presence of shrub species B. dracunculifolia and 15 plots, paired with the first, where that species is not found were allocated in an abandonend grassland, totaling 30 plots. Physiological parameters (rates of photosynthesis and transpiration and stomatal conductance) of the two species selected based on their high abundance in the environment were studied, as well as the structure, composition and diversity of vegetation. Also, a census of the population of B. dracunculifolia itself was conducted. In order to characterize the interactions between the shrub species and the species in growing in its subcanopy the mean physiological parameters as well as parameters (diversity, composition, richness) of the plant community in plots with or without shrubs were compared by analysis of variance (ANOVA). The results showed that B. dracunculifolia exerts some competition between species, but does not cause strong changes in vegetation structure. As also could be noted that B. dracunculifolia is not regenerating in the abandoned grassland, it can be concluded that the species, despite the strong modification of vegetation physionomy, has little impact on the successional dynamics of abandoned grassland.

Em comunidades vegetais podem existir diversos tipos de interações entre os indivíduos presentes, independente destes serem da mesma espécie (intraespecíficas) ou de espécies diferentes (interespecíficas). Em campo nativo caracterizado por efeitos de abandono, fortes modificações da estrutura da vegetação e reduções na diversidade têm sido observadas, atribuídos, entre outros fatores, à entrada de espécies arbustivas. Através de dados ecofisiológicos dos indivíduos participantes no processo, como taxa fotossintética, condutância estomática e transpiração foliar, é possível determinar se existe alguma interação entre as espécies presentes, Baccharis dracunculifolia, Baccharis trimera e Andropogon lateralis, se esta é benéfica, o que poderia caracterizar um processo de facilitação, se estas espécies estão competindo por recursos, ou até mesmo a ocorrência de neutralismo entre elas. Além disso, a caracterização da vegetação campestre em situações com ou sem arbustos pode contribuir para a avaliação do efeito dos arbustos. Para a realização desse estudo foram alocadas 15 parcelas com a presença da espécie arbustiva B. dracunculifolia e 15 parcelas, pareadas às primeiras, onde tal espécie não se encontra, totalizando 30 parcelas. Verificaram-se parâmetros fisiológicos, como taxas de fotossíntese e transpiração, a condutância estomática e a eficiência do uso da água das espécies selecionadas baseado na sua representatividade no ambiente de estudo, B. trimera e A. lateralis, bem como a estrutura, composição e diversidade da vegetação. Também foi realizado um censo da própria população de B. dracunculifolia. A fim de caracterizar as interações entre a espécie arbustiva e as espécies em sua sub-copa foram comparadas as médias dos parâmetros fisiológicos bem como parâmetros (diversidade, composição, riqueza) da comunidade vegetal em parcelas com ou sem arbustos por meio de análise de variância. Os resultados mostraram que B. dracunculifolia exerce certa competição para as duas espécies-alvo, mas não causa mudanças muito fortes na estrutura da vegetação. Como também foi observado que a população de B. dracunculifolia não esta conseguindo se regenerar num campo abandonado, pode ser concluído que a espécie, apesar da modificação forte da fisionomia vegetal, tem pouco impacto na dinâmica sucessional de um campo abandonado. / In plant communities, several types of interactions between individuals can occur, regardless of these being of the same species (intraspecific) or of different species (interspecific). In a grassland areas characterized by natural effects of abandonment, strong changes in vegetation structure and reduction in diversity have been observed, attributed, among other factors, to encroachment by a shrub species. Through ecophysiological data of individuals participating in the process, such as photosynthetic rate, stomatal conductance and leaf transpiration, it is possible to determine whether there is any interaction between the shrub species, Baccharis dracunculifolia, and two species growing under its canopy, Baccharis trimera and Andropogon lateralis, and, if so, if this it is beneficial, which could characterize facilitation of a process, if these species are competing for resources, or even neutrality between them. Furthermore, the characterization of the grassland community in situations with or without shrub can contribute to evaluate the effect of the latter. To conduct this study, 15 plots with the presence of shrub species B. dracunculifolia and 15 plots, paired with the first, where that species is not found were allocated in an abandonend grassland, totaling 30 plots. Physiological parameters (rates of photosynthesis and transpiration and stomatal conductance) of the two species selected based on their high abundance in the environment were studied, as well as the structure, composition and diversity of vegetation. Also, a census of the population of B. dracunculifolia itself was conducted. In order to characterize the interactions between the shrub species and the species in growing in its subcanopy the mean physiological parameters as well as parameters (diversity, composition, richness) of the plant community in plots with or without shrubs were compared by analysis of variance (ANOVA). The results showed that B. dracunculifolia exerts some competition between species, but does not cause strong changes in vegetation structure. As also could be noted that B. dracunculifolia is not regenerating in the abandoned grassland, it can be concluded that the species, despite the strong modification of vegetation physionomy, has little impact on the successional dynamics of abandoned grassland.

Les risques de sécheresse sévère augmentent sous l’effet du changement climatique. Mieux comprendre les stratégies adaptatives des plantes au stress hydrique est ainsi l’un des défis majeurs de la recherche écologique et agronomique. Cette thèse explore la survie à la sécheresse d’une graminée herbacée pérenne (Dactylis glomerata L.) en étudiant la variabilité intraspécifique des traits aériens et souterrains d’une quinzaine de populations natives et cultivées issues d’un gradient latitudinal allant de la Scandinavie au Maroc. Une caractérisation des populations en conditions optimales sur une année a montré une coordination phénologique des traits aériens en relation avec les limitations saisonnières de croissances liées à l’origine des populations. Le rythme de croissance au printemps et à l’automne ne discrimine pas les origines, alors que la dormance estivale des populations méditerranéennes s’oppose à la dormance hivernale des populations scandinaves. Ces résultats suggéraient l’existence d’un compromis entre survie à une déshydratation sévère (sécheresse, gel) et potentiel de croissance. Alors que ce compromis a été vérifié en été (sècheresse sévère à Montpellier) et en hiver (gel en Norvège), la survie à une déshydratation de contre-saison au printemps n’est pas corrélée au potentiel de croissance des populations. Les résultats invalident donc l’existence d’un compromis constant entre survie au stress et potentiel de croissance aérienne. Ce découplage chez le dactyle permet d’envisager la sélection artificielle, à partir de la variabilité intraspécifique existante, de variétés à la fois productives et tolérantes au stress hydrique. L’imposition d’une déshydratation édaphique sévère en pots limitant l’expansion du système racinaire a montré que les populations méditerranéennes survivent mieux que les populations tempérées ou nordiques. L’association de ces résultats avec ceux issus d’une expérimentation en longs tubes favorisant le développement potentiel des racines révèle un compromis entre les stratégies d’évitement de la déshydratation (acquisition de l’eau et maintien de la croissance) et de tolérance à la déshydratation (faible croissance et forte survie à la sécheresse) qui pourrait limiter la combinaison de stratégies adaptatives au sein d’un même phénotype. Cette thèse contribue à améliorer notre compréhension des compromis fonctionnels, peu étudiés à l’échelle intraspécifique, mais qui sous-tendent la réponse des plantes à la sécheresse. / Drought risk increases with climate change. Improving our understanding of the adaptive mechanisms of plants response to drought has thus become one of the major challenges of ecological and agronomical research. This work investigates the drought survival of a perennial herbaceous species (Dactylis glomerata L.) through the intraspecific variability of above and below ground traits expressed by fifteen native and cultivated populations originating from a large latitudinal gradient, from Scandinavia to Morocco. Population traits characterization across one year under optimal growth conditions showed phenological coordination of above ground traits associated with seasonal growth limitations according to the origins of the populations. The spring growth rhythm does not discriminate origins while the summer dormancy of Mediterranean population contrasts with the winter dormancy of Scandinavian populations. These results suggested a growth-dehydration stress survival trade-off. Although this trade-off was confirmed in summer (severe drought in Montpellier) and winter (severe frost in Norway), no correlation was found between an off-season (spring) drought stress survival and populations’ growth potential. The result invalidates the existence of a constant trade-off between stress survival and aerial growth potential. This apparent decoupling in cocksfoot could be considered to produce new cultivars with both high productivity and high drought tolerance, from existent intraspecific variability. A severe dehydration stress imposed on plants grown in short pots, limiting roots expansion, showed that Mediterranean populations survived better than temperate or Nordic populations. In association with a long tube experiment allowing full expression of roots development, this result revealed a functional trade-off between dehydration avoidance (water acquisition and growth maintenance) and dehydration tolerance (low growth and high drought survival) which could limit the combination of adaptive strategies in a single phenotype. This work contribute to improve our knowledge about functional trade-offs, few studied within species, that underpin plant response to drought stress.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2016-10-20T19:09:28Z No. of bitstreams: 1 2016 - Carlos Magno Moreira de Oliveira.pdf: 3071191 bytes, checksum: 379c33cebd9108d71d2092ecebb6104d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T19:09:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Carlos Magno Moreira de Oliveira.pdf: 3071191 bytes, checksum: 379c33cebd9108d71d2092ecebb6104d (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / CAPES / Commercial plantations of Eucalyptus has increased in Brazil, mainly in the state of Minas Gerais. The assessment of the effects of soil and climatic variables on the growth of trees becomes important tool to optimize management activities. In this perspective, this study aims to adjust and parameterize the 3-PG model for the North of Minas Gerais, using data from permanent plots of forest inventory, climate data from weather stations and data from remote sensing. This study was conducted in Eucalyptus of commercial plantations in the city of Bocaiuva (Minas Gerais). To parameterize the constant parameters of the relationship between DAP and height (H) relationship of power between DAP and height (NHB), constant relationship between volume and DAP (aV) and relationship of power between volume and DAP (NVB) were used in 2031 comments. The PG-3 model was run with parameters suggested in literature for the region and then executed with changes in the parameters mentioned above. To evaluate the effect of climate variability on planting were assessed estimates of 3-PG model fed with climatological normal and monthly averages and then analyzed the effects of environmental modulators fans and fDPV on the growth of planting. The database of climatological normals were obtained from INMET and global solar radiation was obtained from the GL 1.2 model for South America. The database with monthly average was acquired by INMET, and the precipitation was obtained from tropical TRMM satellite and solar radiation was estimated by the model proposed by FAO 56. Subsequently, we evaluated the efficiency of the 3-PG model in estimating the growth and production of settlement regarding estimates of empirical models, considering the FR parameter (Fertility Rating) as a site quality indicator. Through significant improvement was observed statistical analysis of procedural modeling with the modification of the suggested parameters, indicating that the values of this parameter can be used for other municipalities that region. Statistical analyzes showed that there was a reduction of variation of the data through the standard error of estimate (Syx%) and model efficiency (EF) greater than 0.80 for DBH, height and volume, indicating significant improvement in the model estimates . Comparing the estimates of dendrometric variables with climatological normal and monthly averages, it is observed, the graphics, the estimates were similar, with the monthly averages showed higher estimates. Statistical analysis demonstrated that the monthly averages were closer to those observed data, Syx 28% and EF 0.82 to volume while normal climatic Syx% showed almost 60% and EF 0.22. fAS modulator showed greater restriction on the development of trees, especially in the months of July, August and September. The procedural modeling showed average yield estimates in respect of empirical modeling, and the site estimated by 3-PG showed values close to the average estimated by site traditional model. The FR parameter on soil fertility, showed good relationship with the classification of production sites, and further studies to improve the accuracy in the classification of sites indexes. The 3-PG model can make accurate estimates of dendrometric variables, showing an important tool for evaluating areas with fitness for forest production, considering the effect of environmental and climate variables in the growth of trees. The procedural modeling can be used together with empirical tools to assess the growth and production of forest plantations on different management activities and in the future producing areas. / Plantios comerciais de Eucalyptus tem aumentado no Brasil, principalmente no estado de Minas Gerais. A avalia??o dos efeitos das vari?veis ed?ficas e clim?ticas sobre o crescimento das ?rvores torna-se ferramenta importante para otimizar as atividades de manejo. Nessa perspectiva, esse trabalho tem por objetivo ajustar e parametrizar o modelo 3-PG para regi?o Norte de Minas Gerais, utilizando dados de parcelas permanentes de invent?rio florestal, dados clim?ticos de esta??es climatol?gicas e dados oriundos de sensoriamento remoto. Esse estudo foi realizado em plantios comerciais do g?nero Eucalyptus no munic?pio de Bocai?va (MG). Para parametrizar os par?metros constante de rela??o entre DAP e altura (aH), pot?ncia de relacionamento entre DAP e altura (nHB), constante de relacionamento entre volume e DAP (aV) e pot?ncia de relacionamento entre volume e DAP (nVB) foram utilizados 2031 observa??es. O modelo 3-PG foi executado com par?metros sugeridos na bibliografia para regi?o e posteriormente executada com modifica??es nos par?metros mencionados anteriormente. Para avaliar o efeito da variabilidade clim?tica sobre o plantio, foram avaliadas as estimativas do modelo 3-PG alimentado com normais climatol?gicas e m?dias mensais e posteriormente analisado os efeitos dos moduladores ambientais fAS e fDPV sobre o crescimento do plantio. O banco de dados das normais climatol?gicas foram obtidas do INMET e a radia??o solar global foi obtido do modelo GL 1.2 para am?rica do sul. O banco de dados com m?dias mensais foi adquirido pelo INMET, sendo que a precipita??o foi obtida do sat?lite tropical TRMM e a radia??o solar global foi estimado pelo modelo proposto pela FAO 56. Posteriormente, foi avaliado a efici?ncia do modelo 3-PG em estimar o crescimento e produ??o do povoamento em rela??o as estimativas dos modelos emp?ricos, considerando o par?metro FR (Fertility Rating) como indicador da qualidade de s?tio. Por meio de an?lises estat?sticas foi observado melhora significativa da modelagem processual com a modifica??o dos par?metros sugeridos, indicando que os valores dessa parametriza??o podem ser utilizados para outros munic?pios dessa regi?o. As an?lises estat?sticas demonstram que houve redu??o da varia??o dos dados por meio do erro padr?o da estimativa (Syx%) e efici?ncia do modelo (EF) maior que 0,80 para as vari?veis DAP, Altura e Volume, indicando melhoria significativa nas estimativas do modelo. Comparando-se as estimavas das vari?veis dendrom?tricas com normais climatol?gicas e medias mensais, observa-se, pelos gr?ficos, que as estimativas foram semelhantes, sendo que as medias mensais apresentaram estimativas superiores. A an?lise estat?stica demonstra que as medias mensais foram mais pr?ximas aos dados observados, com Syx% 28 e EF de 0,82 para volume, enquanto que as normais climatol?gicas apresentaram Syx% de quase 60% e EF de 0,22. O modulador fAS apresentou maior restri??o no desenvolvimento das ?rvores, principalmente nos meses de julho, agosto e setembro. A modelagem processual apresentou estimativas de produ??o m?dia em rela??o a modelagem emp?rica, sendo que o s?tio estimado pelo 3-PG apresentou valores pr?ximos ao s?tio m?dio estimado pela modelam tradicional. O par?metro FR, relativo a fertilidade do solo, apresentou boa rela??o com a classifica??o de s?tios de produ??o, sendo necess?rios outros estudos para melhorar a acur?cia na classifica??o dos ?ndices de s?tios. O modelo 3-PG pode realizar estimativas precisas de vari?veis dendrom?tricas, mostrando-se ferramenta importante para avalia??o de ?reas com aptid?o para produ??o florestal, por considerar o efeito de vari?veis ambientais e clim?ticas no crescimento das ?rvores. A modelagem processual pode ser utilizada juntamente com ferramentas emp?ricas para avaliar o crescimento e produ??o de plantios florestais sobre diferentes atividades de manejo e tamb?m em ?reas futuramente produtoras.

Dans de nombreuses régions tropicales dont certaines zones du Brésil, les plantations industrielles d'Eucalyptus connaissent une expansion rapide. L'impact environnemental et la durabilité de ces plantations soulèvent de nombreuses questions, notamment en termes d'évolution du bilan carboné et de la fertilité des sols, et d'impact sur les ressources en eau. Cette thèse contribue à apporter des réponses à ces questions, en étudiant les bilans de carbone, d'eau et d'azote des plantations d'Eucalyptus de l'état de São Paulo. L'approche privilégiée est celle de la modélisation écophysiologique, et l'échelle visée in fine est celle de grandes plantations. Cette thèse présente une première approche empirique d'estimation spatialisée de la production des plantations, basée sur la construction et l'interprétation de séries temporelles d'indice de végétation du satellite MODIS sur un ensemble de parcelles d'âge et de productivité contrastés. Ensuite une approche plus complète de modélisation écophysiologique est développée, basée sur le modèle C-H2O-N « G'DAY » qui a été adapté au cas des plantations brésiliennes. La simulation par le modèle des flux de C, H2O et N sur l'ensemble de parcelles évoqué précédemment, à l'échelle de la rotation, a été réalisée avec et sans la contribution de données d'indice foliaire, obtenues à partir des séries temporelles de réflectance MODIS. Ces séries temporelles de données satellitaires sont riches en informations sur la variabilité spatio-temporelle de la productivité, qui est bien reproduite par le modèle écophysiologique proposé / Industrial Eucalyptus plantations are expanding rapidly in many tropical regions, and in particular in south-eastern Brazil. Their sustainability and environmental impact are an issue of concern, and questions have been raised regarding their carbon balance and effects on soil fertility and water ressources. This thesis addresses some of these questions, by studying the carbon, water and nitrogen balance of Eucalyptus plantations in São Paulo State.A process-based modelling approach was adopted, with the ultimate aim of application at the scale of large plantations. A first empirical approach was developed to estimate wood production on a spatial basis, involving the construction and interpretation of MODIS vegetation index time series on a set of Eucalyptus stands of contrasted age and productivity levels. The complete ecophysiological C-H2O-N cycling model "G'DAY" was then adapted for Brazilian plantations. Rotation-length simulations of C, H2O and N fluxes were carried out on the afore-mentioned set of plantation stands, either with or without the integration of leaf area index data obtained from MODIS reflectance time-series. The satellite time series carry useful information about the spatio-temporal variability of productivity, which is also well reproduced by the proposed ecophysiological model

O 3-PG (Physiological Principles in Predicting Growth) é o modelo ecofisiológico mais difundido no setor florestal para a predição de crescimento de florestas. Este modelo estima o crescimento florestal com base na radiação fotossinteticamente ativa absorvida pelo dossel, convertida em carboidratos, e alocada nos compartimentos da floresta (folhas, tronco, galhos e raízes), fundamentados na dinâmica dos processos biológicos e suas interações com o clima e solo. No entanto, após quase 15 anos de existência do 3-PG unido a evolução em pesquisa florestal, é possível detectar alguns pontos no modelo com potencialidade para aprimoramento. O objetivo geral desta tese foi aprimorar o modelo 3-PG e aplicá-lo no zoneamento da produtividade em florestas de Eucalyptus plantadas no nordeste do estado de São Paulo. Os objetivos específicos foram: i) aprimorar o modelo para retenção máxima de água no solo; ii) para queda de folhedo; iii) calibrar e validar o modelo 3-PG usando os pares de parcelas gêmeas; iv) determinar o modificador de fertilidade (FR) do 3-PG usando análise química do solo; v) zonear a produtividade real estimada do Eucalyptus no nordeste do estado do São Paulo; vi) determinar os fatores de restrição da produtividade nestas áreas. Para tanto, utilizou-se de dois projetos de pesquisas instalados na empresa International Paper do Brasil: projeto BEPP (Brasil Eucalyptus Produtividade Potencial) e projeto Parcelas Gêmeas de Inventário. O projeto BEPP foi utilizado para o aprimoramento do modelo em relação à retenção de água e queda de folhedo. Para tanto, utilizou-se de dois tratamentos: o tratamento fertilizado irrigado e o tratamento controle (fertilização tradicional sem irrigação). A quantidade máxima de água no solo adotada pelo modelo, antes considerada como um valor constante, passou a variar segundo a dinâmica de crescimento e exploração do sistema radicular. Esta modificação melhorou a estimativa de biomassa do tronco. No aprimoramento do modelo para a queda de folhedo, ajustou-se quatro modelos: linear; logístico; não lineares e modelo combinado. Todos proporcionaram melhores estimativas da taxa de queda de folhedo do que a função atualmente adotado pelo 3-PG com destaque para o modelo combinado, o qual representou duas fases da queda de folhedo: antes e após o fechamento do dossel. Usando os 113 pares de parcelas gêmeas, verificou-se que 63% responderam à fertilização após 48 meses de instalação do experimento, com ganho médio de 12% em produtividade. Com estas parcelas gêmeas foi possível calibrar e validar o modelo 3-PG para a produtividade atingível e real, com adequada precisão. O FR foi correlacionado à somas de bases do solo (Ca, Mg e K), as quais explicaram as maiores respostas à fertilização, sendo possível determinar uma equação para este modificador. Após a calibração e validação e adequações do modelo foi possível zonear a produtividade real do nordeste do estado de São Paulo. O déficit de pressão de vapor e água no solo foram os fatores que mais limitaram o crescimento do Eucalyptus nesta área. / The 3-PG (Physiological Principles in Predicting Growth,) is the most widespread ecophysiological model in the forest sector to predict the forest growth. It is driven by intercepted radiation with the maximum canopy quantum efficiency, which is limited by the temperature, vapour pressure deficit, available soil water, stand age and site fertility, assimilating the carbon into the forest; supported by physical and ecophysiological processes. However, after almost 15 years of development and use, associated by new scientific knowledge in forest research, some improvement in this model can be done, such as: soil water content and litterfall rate. The objectives of this thesis were improve the 3-PG model and zone the real productivity of Eucalyptus plantation in northeast of São Paulo State. The specifics objectives were: i) improve the 3-PG model regarding water soil content; ii) regarding litterfall; iii) calibrate and validate the 3-PG model using the twin-plot experimental design; iv) determine the fertilization modifier (FR) using soil chemical analysis; v) zoning the real productivity for Eucalyptus plantation in northeast of São Paulo State; and vi) determine the main growth constraints. Aiming these objectives, two main research projects were used: BEPP project (Brasil Eucalyptus Produtividade Potencial) and the Twin-plot of inventory. The BEPP was used to improve the 3-PG model for water soil content and litterfall. Two treatments were used: fertilized plus rainfed and extra fertilized plus irrigation. The water soil content had a constant value and was replaced by a dynamic value, changing with root growth and exploratiion depth with the age. This modification improved the stem biomass production estimatives by the model. For the litterfall improvement, 4 functions were fitted (linear, logistic, non linear and mixed). All of those had better performance in estimating the litter fall than the original 3-PG equation, highlighting the mixed model that could represent before and after canopy closure. Using 113 pairs of twin-plots, 63% of those responded the extra fertilization after 48 months, the production gain was 12%. The twin-plots were used to calibrate and validate the 3-PG model for attainable and real productivity resulted in adequated accuracy for stem biomass estimation. The FR could be associated with chemical analysis, and sum of bases (Ca, Mg and K) were used to fit an FR equation. After calibration and valitadation of the 3-PG model, were possible to zone the real productivity in northeast of São Paulo; the two main constraints of productivity for those area were vapour pressure deficit and soil water.

Made available in DSpace on 2017-07-25T19:31:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Domingues.pdf: 1944110 bytes, checksum: 7638fdb990833f4a6835d8f8c199e4d4 (MD5) Previous issue date: 2016-11-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Crop yield is affected by the environmental conditions under which plants grow and develop. Water is the main factor to be controlled under protected environments aiming at maximization of yield and grade of agricultural products. The productive potential of a crop is extremely conditioned by the local atmospheric conditions along with requirements for water and nutrients in the soil. The aim of the current work was to scrutinize the effect of soil water status on the yield components of two cultivars of beans (Phaseolus vulgaris L.), as well as characterize soil physical attributes and correlate them to the biological responsiveness of the plants under protected environmental conditions. The experiment was carried out in March of 2016 at a greenhouse belonging to the Agronomic Institute of Paraná (IAPAR) with beans. The experimental design taken into account here in was a completely randomized design at a factorial scheme with six replications for yield components and four replications for both soil physical attributes and crop ecophysiological parameters. For such a crop, yield components of two genotypes under the influence of four levels of soil humidity were assessed for agronomical purposes. Soil humidity within the stipulated levels at this trial was monitored by means of a Time Domain Reflectometer (TDR). For each wooden bed set up in the greenhouse soil samples were collected to characterize the soil physical attributes. Such samples were used for laboratory analyses of soil bulk density (DS), total porosity (PT), macroporosity (MA), microporosity (MI), hydraulic conductivity (K0), water retention curve (CRA) and pores distribution curve (CDP). The ecophysiological parameters were analyzed at four different times through a LICOR Infrared Gas Analyzer (IRGA), model 6400-XT. By means of such an equipment net photosynthesis, stomachic conductance, intercellular carbon concentration, transpiration, photosynthetic water use efficiency, and carboxylation efficiency were evaluated. Number of pods per plant and grain mass per plant were to be affected linearly as a function of soil water status. A thousand grain mass for the cultivar Tuiuiú were higher than those related to the cultivar Campos Gerais, regardless of soil water conditions. DS and MI depicted an increasing linear behavior as a function of water treatments. PT and MA showed a decreasing linear behavior faced with adequate or inadequate soil water requirements. The cultivar factor affected DS, PT and MA. Soil samples from suitable water supply treatments resulted in a greater soil water retention under the lowest matric potentials along with a lower frequency of pores. A part from transpiration rates, all other ecophysiological parameters did not detect effect of the studied treatments on the biological response of the crop. CRA did not reflect remarkably both growth and development of the crop as a function of soil water conditions and also genotypes of beans in study. CDP featured changes in soil structure as a result of the filling of the beds with soil under the protected environment, as well as due to the impact of water and crop genotypes treatments considered in this study. / A produtividade vegetal é influenciada pelas condições ambientais sob as quais as plantas se desenvolvem. A água é o principal fator a ser controlado em ambiente protegido, visando à maximização da produção e qualidade dos produtos agrícolas. O potencial produtivo de uma cultura é extremamente condicionado pelas condições atmosféricas locais e pelo suprimento de água e nutrientes presentes no solo. O objetivo do trabalho foi de estudar o efeito da disponibilidade hídrica do solo sobre os componentes de rendimento de dois cultivares de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.), bem como caracterizar os atributos físicos do solo e correlacioná-los com a resposta biológica das plantas. O experimento foi instalado em março de 2016 em casa de vegetação com a cultura do feijoeiro. O delineamento experimental empregado foi inteiramente casualizado em esquema fatorial com seis repetições para os componentes de rendimento e quatro repetições para os atributos físicos do solo e parâmetros ecofisiológicos. Para esta cultura foram avaliados os componentes de rendimento de dois genótipos sob a influência de quatro níveis de umidade do solo. A umidade do solo dentro dos níveis estipulados no experimento foi monitorada através do uso de um Time Domain Reflectometer (TDR). Para cada unidade experimental instalada em estufa foram coletadas quatro amostras de solo para caracterizar os atributos físicos do solo. Essas amostras foram utilizadas para análises em laboratório: da densidade do solo (DS), de sua porosidade total (PT), da macroporosidade (MA), microporosidade (MI), condutividade hidráulica (K0), curva de retenção de água (CRA) e curva de distribuição de poros (CDP). Os parâmetros ecofisiológicos foram analisados em quatro épocas distintas através de um analisador infravermelho de gases da marca LI-COR, modelo 6400-XT. Com este aparelho avaliaram-se fotossíntese líquida, condutância estomática, concentração de carbono intercelular, transpiração, eficiência fotossintética do uso da água e eficiência de carboxilização. Os resultados mostraram que o número de vagens por planta e a massa de grãos por planta foram afetados linearmente em função do “status” de água no solo. Massa de cem grãos do cultivar Tuiuiú foi superior a do cultivar Campos Gerais, independentemente das condições hídricas do solo. A DS e a MI apresentaram tendência linear crescente em função dos tratamentos de água adotados. A PT e a MA tiveram tendência linear decrescente diante do suprimento adequado ou inadequado de água no solo. O fator cultivar afetou a DS, a PT e a MA. As amostras de solo oriundas de níveis adequados de suprimento hídrico apresentaram maior retenção de água sob potenciais mátricos mais baixos e menor frequência de poros. Com exceção da transpiração, os demais parâmetros ecofisiológicos avaliados não mostraram efeito dos tratamentos estudados sobre a resposta biológica do feijoeiro. A CRA não refletiu marcadamente as condições de crescimento e desenvolvimento da cultura em função das condições hídricas do solo e dos genótipos de feijoeiro estudados. A CDP caracterizou mudanças na estrutura do solo decorrentes do preenchimento dos canteiros com solo no ambiente protegido, bem como da ação dos tratamentos de água e cultura adotados neste estudo.

O 3-PG (Physiological Principles in Predicting Growth) é o modelo ecofisiológico mais difundido no setor florestal para a predição de crescimento de florestas. Este modelo estima o crescimento florestal com base na radiação fotossinteticamente ativa absorvida pelo dossel, convertida em carboidratos, e alocada nos compartimentos da floresta (folhas, tronco, galhos e raízes), fundamentados na dinâmica dos processos biológicos e suas interações com o clima e solo. No entanto, após quase 15 anos de existência do 3-PG unido a evolução em pesquisa florestal, é possível detectar alguns pontos no modelo com potencialidade para aprimoramento. O objetivo geral desta tese foi aprimorar o modelo 3-PG e aplicá-lo no zoneamento da produtividade em florestas de Eucalyptus plantadas no nordeste do estado de São Paulo. Os objetivos específicos foram: i) aprimorar o modelo para retenção máxima de água no solo; ii) para queda de folhedo; iii) calibrar e validar o modelo 3-PG usando os pares de parcelas gêmeas; iv) determinar o modificador de fertilidade (FR) do 3-PG usando análise química do solo; v) zonear a produtividade real estimada do Eucalyptus no nordeste do estado do São Paulo; vi) determinar os fatores de restrição da produtividade nestas áreas. Para tanto, utilizou-se de dois projetos de pesquisas instalados na empresa International Paper do Brasil: projeto BEPP (Brasil Eucalyptus Produtividade Potencial) e projeto Parcelas Gêmeas de Inventário. O projeto BEPP foi utilizado para o aprimoramento do modelo em relação à retenção de água e queda de folhedo. Para tanto, utilizou-se de dois tratamentos: o tratamento fertilizado irrigado e o tratamento controle (fertilização tradicional sem irrigação). A quantidade máxima de água no solo adotada pelo modelo, antes considerada como um valor constante, passou a variar segundo a dinâmica de crescimento e exploração do sistema radicular. Esta modificação melhorou a estimativa de biomassa do tronco. No aprimoramento do modelo para a queda de folhedo, ajustou-se quatro modelos: linear; logístico; não lineares e modelo combinado. Todos proporcionaram melhores estimativas da taxa de queda de folhedo do que a função atualmente adotado pelo 3-PG com destaque para o modelo combinado, o qual representou duas fases da queda de folhedo: antes e após o fechamento do dossel. Usando os 113 pares de parcelas gêmeas, verificou-se que 63% responderam à fertilização após 48 meses de instalação do experimento, com ganho médio de 12% em produtividade. Com estas parcelas gêmeas foi possível calibrar e validar o modelo 3-PG para a produtividade atingível e real, com adequada precisão. O FR foi correlacionado à somas de bases do solo (Ca, Mg e K), as quais explicaram as maiores respostas à fertilização, sendo possível determinar uma equação para este modificador. Após a calibração e validação e adequações do modelo foi possível zonear a produtividade real do nordeste do estado de São Paulo. O déficit de pressão de vapor e água no solo foram os fatores que mais limitaram o crescimento do Eucalyptus nesta área. / The 3-PG (Physiological Principles in Predicting Growth,) is the most widespread ecophysiological model in the forest sector to predict the forest growth. It is driven by intercepted radiation with the maximum canopy quantum efficiency, which is limited by the temperature, vapour pressure deficit, available soil water, stand age and site fertility, assimilating the carbon into the forest; supported by physical and ecophysiological processes. However, after almost 15 years of development and use, associated by new scientific knowledge in forest research, some improvement in this model can be done, such as: soil water content and litterfall rate. The objectives of this thesis were improve the 3-PG model and zone the real productivity of Eucalyptus plantation in northeast of São Paulo State. The specifics objectives were: i) improve the 3-PG model regarding water soil content; ii) regarding litterfall; iii) calibrate and validate the 3-PG model using the twin-plot experimental design; iv) determine the fertilization modifier (FR) using soil chemical analysis; v) zoning the real productivity for Eucalyptus plantation in northeast of São Paulo State; and vi) determine the main growth constraints. Aiming these objectives, two main research projects were used: BEPP project (Brasil Eucalyptus Produtividade Potencial) and the Twin-plot of inventory. The BEPP was used to improve the 3-PG model for water soil content and litterfall. Two treatments were used: fertilized plus rainfed and extra fertilized plus irrigation. The water soil content had a constant value and was replaced by a dynamic value, changing with root growth and exploratiion depth with the age. This modification improved the stem biomass production estimatives by the model. For the litterfall improvement, 4 functions were fitted (linear, logistic, non linear and mixed). All of those had better performance in estimating the litter fall than the original 3-PG equation, highlighting the mixed model that could represent before and after canopy closure. Using 113 pairs of twin-plots, 63% of those responded the extra fertilization after 48 months, the production gain was 12%. The twin-plots were used to calibrate and validate the 3-PG model for attainable and real productivity resulted in adequated accuracy for stem biomass estimation. The FR could be associated with chemical analysis, and sum of bases (Ca, Mg and K) were used to fit an FR equation. After calibration and valitadation of the 3-PG model, were possible to zone the real productivity in northeast of São Paulo; the two main constraints of productivity for those area were vapour pressure deficit and soil water.