The importance of large trees as carbon sinks in UK woodlands

Resumo Técnico: A Importância de Árvores Grandes como Sumidouros de Carbono em Florestas do Reino Unido

Definição do Problema
O mapeamento preciso do carbono acima do solo (CAS) em florestas temperadas é crítico para os inventários nacionais de gases de efeito estufa e para o alcance das metas de emissão líquida zero (net-zero). No entanto, os métodos convencionais para estimar o CAS dependem de equações alométricas de relação tamanho-massa derivadas de colheitas destrutivas de árvores menores. Esses conjuntos de dados são frequentemente enviesados para cohortes menores devido a restrições logísticas e éticas, tornando as equações resultantes "não invariantes de escala". Consequentemente, a aplicação dessas alometrias padrão a árvores maiores — particularmente aquelas em florestas antigas ou seminaturais — provavelmente leva a uma subestimação significativa do estoque de carbono. Os autores hipotetizam que a contribuição das árvores grandes para o CAS total nas florestas do Reino Unido é atualmente subestimada pelos métodos de inventário existentes.

Metodologia
O estudo foi conduzido em Kew Wakehurst (West Sussex, Reino Unido), uma propriedade de 211 hectares que representa um mosaico de tipos de florestas do sul do Reino Unido. Os pesquisadores selecionaram três tipos de habitat distintos para análise:

1. Floresta de Folhas Largas (Broadleaf Woodland): Uma Área de Especial Interesse Científico (SSSI) dominada por Quercus robur, Fagus sylvatica e Fraxinus excelsior.
2. Floresta de Coppice (Coppice Woodland): Gerida ativamente em uma rotação de sete anos, consistindo principalmente de cepos de Corylus avellana com um dossel de Quercus robur.
3. Plantação de Coníferas: Uma monocultura de meados do século XX de Picea abies (abeto de Norway) em um Sítio de Floresta Antiga (PAWS).

Aquisição e Processamento de Dados:

• LiDAR Terrestre (TLS): Os dados foram capturados usando um scanner RIEGL VZ-400i. Os scans foram co-registrados e processados em um sistema de coordenadas British National Grid.
• Segmentação e Modelagem: Árvores individuais foram isoladas usando o pipeline TLS2trees. O volume lenhoso foi estimado usando TreeQSM (Modelos Estruturais Quantitativos), que envolve os dados de nuvem de pontos com primitivas geométricas (cilindros).
• Cálculo de Massa: O volume foi convertido em CAS usando densidades de madeira específicas por espécie do Global Wood Density Database e razões biomassa-para-carbono específicas de cada bioma. A incerteza foi propagada através do volume, densidade e fatores de conversão.
• Análise Comparativa: O CAS derivado de TLS foi comparado contra duas abordagens convencionais:
  1. Equação "Combinada" de Bunce: Um modelo alométrico amplamente utilizado para árvores de folhas largas.
  2. Woodland Carbon Code (WCC): O método padrão do Reino Unido para contabilidade de carbono, que utiliza equações alométricas específicas para espécies de folhas largas e coníferas.
• Validação de Inventário: Um subconjunto de árvores foi medido manualmente (DBH e altura) para validar as métricas derivadas de TLS e servir como entradas para os modelos alométricos comparativos.

Resultos Principais

• Armazenamento de Carbono Desproporcional: Árvores grandes atuam como um sumidouro desproporcional para o CAS. Em florestas de folhas largas e coppice, as 3–4% maiores árvores (por DBH) representam aproximadamente 50% do CAS total do habitat. Mesmo na plantação de coníferas, ~50% do CAS é armazenado nas ~25% maiores árvores.
• Subestimação Sistemática por Alometria:
  • Folhas Largas e Coppice: A equação alométrica de Bunce subestimou o CAS em 50–60% em comparação ao TLS. O método WCC teve um desempenho ainda pior, subestimando o CAS em aproximadamente 70% em florestas antigas de folhas largas e 50% em florestas de coppice.
  • Conífera: Para Picea abies, o TLS e a alometria de Bunce mostraram boa concordância, embora o WCC ainda tenha subestimado o CAS em 10–20%.
• Fonte de Viés: O principal motor da subestimação nas alometrias existentes é a falha em capturar o aumento da alocação de material lenhoso para suportar coroas grandes e expansivas. À medida que o tamanho da árvore aumenta (DBH ≥ 30 cm), a proporção de carbono do caule em relação à coroa muda significativamente (de 45:55 para 29:71), uma mudança morfológica não capturada por equações treinadas em árvores menores.
• Incerteza: Embora a incerteza individual da árvore seja alta (média de ~41% para folhas largas), ela reduz para ~27% quando o foco recai sobre as maiores árvores que compõem 90% do CAS total. Para essas árvores grandes, a incerteza é dominada pela variabilidade da densidade da madeira, e não por erros de estimativa de volume.

Principais Contribuições

1. Evidência Empírica de Viés: O estudo fornece evidência quantitativa de que os métodos padrão de contabilidade de carbono do Reino Unido (especificamente o WCC e as equações de Bunce) subestimam significativamente o CAS em florestas que contêm árvores grandes e maduras.
2. Insight Morfológico: A pesquisa identifica a mudança na alocação de carbono do caule para a coroa como uma função do tamanho da árvore como o mecanismo biológico por trás da falha das alometrias não invariantes de escala.
3. Validação Metodológica: O artigo demonstra que o LiDAR terrestre, aliado ao QSM, pode estimar o CAS com precisão através de diversos tamanhos de árvores e estruturas florestais sem a necessidade de colheita destrutiva.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que a concentração de CAS em poucas árvores grandes implica uma "subestimação grosseira" dos estoques de carbono nacionais relatados no Reino Unido, caso os métodos atuais sejam aplicados amplamente. Eles enfatizam que os métodos alométricos existentes são "adequados para o propósito" para os tipos específicos de florestas e tamanhos de árvores para os quais foram desenhados (ex: plantações geridas com árvores menores). No entanto, eles alertam que a aplicação desses métodos a florestas "fora da amostra" — especificamente aquelas com árvores grandes, antigas ou seminaturais — leva a erros sistemáticos.

O artigo conclui que novas alometrias de relação tamanho-massa devem ser desenvolvidas utilizando árvores de tamanho apropriado. Dada a impossibilidade ética e logística de colheita destrutiva para árvores grandes, os autores propõem uma abordagem híbrida: usar o LiDAR terrestre para estimar o componente de "massa" das equações de tamanho-massa, que pode então ser pareado com medições de inventário convencionais (como DBH) para relatórios nacionais escaláveis. Além disso, argumentam que o manejo e as políticas florestais devem priorizar a retenção de árvores grandes e o recrutamento de futuros indivíduos grandes para manter esses habitats como sumidouros de carbono significativos.