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Using Locally Developed Allometric Equations Improves Biomass Estimation in Managed Forests

Este estudo demonstra que equações alométricas desenvolvidas localmente melhoram significativamente a estimativa de biomassa em florestas de pinheiro-lodgepole manejadas intensivamente ao capturar com precisão as mudanças estruturais da copa causadas pelo desbaste pré-comercial, as quais as equações nacionais generalizadas não conseguem considerar e, consequentemente, subestimam.

Autores originais: Amanda Schoonmaker, Angeline Dongen, Dani Degenhardt

Publicado 2026-09-24

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CC BY 4.0

Autores originais: Amanda Schoonmaker, Angeline Dongen, Dani Degenhardt

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

As florestas não são apenas coleções de árvores; são sistemas vivos e complexos onde cada ramo e folha desempenha um papel na saúde do planeta. Cientistas dependem de medições da biomassa florestal — o peso total de todo o material vegetal vivo — para entender quanto carbono as árvores armazenam, quão produtiva é uma floresta e quanto combustível está disponível para carregar um incêndio através do dossel. Para obter esses números sem derrubar cada árvore individualmente, os pesquisadores utilizam fórmulas matemáticas chamadas equações alométricas. Essas fórmulas atuam como um tradutor, convertendo características fáceis de medir, como a largura do tronco de uma árvore e sua altura total, em uma estimativa de seu peso total. Por décadas, cientistas utilizaram versões nacionais amplas dessas fórmulas, que funcionam bem para florestas que cresceram naturalmente sem interferência humana. No entanto, muitas florestas hoje são ativamente manejadas. Silvicultores frequentemente realizam o desbaste de povoamentos jovens de árvores, removendo competidores para dar às restantes mais espaço para crescer. Isso altera a forma das árvores, mas não estava claro se as antigas fórmulas gerais ainda poderiam pesar com precisão esses gigantes recém-moldados.

Em um estudo conduzido nos sopés próximos a Whitecourt, Alberta, pesquisadores buscaram testar se essas fórmulas nacionais padrão se sustentam em florestas manejadas. Eles se concentraram no pinheiro lodgepole, uma árvore comum na região, crescendo em povoamentos que passaram por desbaste pré-comercial. Essa prática envolve o corte de árvores jovens e competidoras antes que sejam grandes o suficiente para serem vendidas como madeira, permitindo que as árvores restantes expandam suas copas e cresçam mais rápido. A equipe selecionou nove locais diferentes onde esse desbaste havia ocorrido sete a oito anos antes. Em cada local, estabeleceram parcelas que incluíam tanto áreas desbastadas quanto áreas de controle não desbastadas. Para obter os dados mais precisos possível, eles derrubaram 52 árvores nessas parcelas — 27 das áreas não desbastadas e 25 das desbastadas. De volta ao laboratório, separaram meticulosamente cada ramo e agulha, pesando a folhagem, os pequenos galhos e os galhos maiores para determinar a biomassa exata de cada árvore.

Com esses dados precisos em mãos, os pesquisadores desenvolveram um novo conjunto de equações locais especificamente para esses povoamentos manejados. Diferente das fórmulas nacionais, que dependem principalmente da largura do tronco e da altura, os novos modelos locais incorporaram a porcentagem da árvore que era coberta por ramos vivos. Esse detalhe provou ser crucial. O estudo descobriu que as árvores nas parcelas desbastadas tinham significativamente mais folhagem e peso de galhos do que as árvores não desbastadas com a mesma largura de tronco. Como o desbaste reduziu a competição pela luz solar, essas árvores retiveram mais de seus ramos inferiores e desenvolveram copas mais cheias. As equações locais, que levaram em conta essa vegetação extra, previram o peso dessas árvores com alta precisão.

Quando os pesquisadores aplicaram as equações nacionais padrão às mesmas árvores, os resultados foram surpreendentemente diferentes. Para as árvores não desbastadas e densamente agrupadas, as fórmulas nacionais funcionaram muito bem, aproximando-se das previsões locais. No entanto, nos povoamentos desbastados, as fórmulas nacionais subestimaram consistentemente a quantidade de biomassa. Em média, elas calcularam cerca de 14 por cento menos folhagem e 7 por cento menos peso de galhos do que o que realmente existia. Os modelos nacionais falharam em capturar as mudanças estruturais causadas pelo tratamento de desbaste. Eles pareciam assumir que uma árvore com determinada largura de tronco teria uma copa menor, sem perceber que a árvore manejada havia sido liberada da competição e tinha crescido muito maior e mais cheia.

As implicações dessa discrepância são significativas. Se gestores florestais e cientistas climáticos utilizarem as fórmulas padrão para florestas desbastadas, eles subestimarão sistematicamente quanto de carbono essas florestas estão armazenando. Além disso, do ponto de vista da segurança contra incêndios, essa subestimação é perigosa. As cargas de combustível do dossel são um fator crítico para prever o quão alto um incêndio pode subir e o quão rápido ele pode se espalhar. Ao subestimar o peso dos galhos e das agulhas, as fórmulas nacionais podem levar a uma subestimação do risco de incêndio nessas paisagens manejadas. O estudo conclui que, embora as fórmulas nacionais amplas sejam robustas para florestas naturais e não manejadas, elas não são suficientes para as florestas intensivamente manejadas que compõem uma grande parte do suprimento de madeira. Para obter um quadro preciso de biomassa, carbono e risco de incêndio nessas áreas, os cientistas precisam usar equações desenvolvidas localmente que reconheçam como o manejo humano remodela a própria arquitetura da floresta.

Problema de Pesquisa
As equações alométricas de biomassa florestal são essenciais para quantificar a produtividade, os estoques de carbono e as cargas de combustível do dossel. Embora equações nacionais generalizadas (ex.: Lambert et al. 2005; Ung et al. 2008) sejam amplamente utilizadas para estimativas em larga escala, elas são frequentemente derivadas de conjuntos de dados agrupados que se originam, em grande parte, de povoamentos não manejados. Consequentemente, essas equações podem não refletir com precisão a alocação de biomassa em povoamentos intensivamente manejados, onde as práticas de manejo da densidade florestal, como o desbaste pré-comercial (DPC), alteram a densidade do povoamento, a disponibilidade de luz e a morfologia da copa. Pesquisas anteriores indicam que equações generalizadas podem introduzir erros de predição quando aplicadas a condições de sítio ou regimes de manejo específicos, potencialmente levando à subestimação da biomassa em povoamentos desbastados. No entanto, nenhum estudo avaliou diretamente o efeito do DPC na biomassa da copa de pinheiro-lodgepole (Pinus contorta var. latifolia) e nas relações alométricas.

Metodologia
O estudo foi realizado próximo a Whitecourt, Alberta, Canadá, abrangendo nove locais replicados de DPC. O delineamento experimental incluiu parcelas de controle (sem desbaste) e três níveis de desbaste (T1, T2, T3) aplicados 7–8 anos antes da amostragem. A amostragem destrutiva foi realizada em 52 árvores de pinheiro-lodgepole (27 de parcelas de controle, 25 de parcelas desbastadas).

Medições de Campo: Para cada árvore colhida, os pesquisadores registraram o diâmetro à altura do peito (DAP), a altura total, a altura da copa viva e a largura da copa.
Amostragem de Ramos: Todos os ramos vivos e mortos foram medidos. Uma subamostra de 898 ramos primários (representando 14% do total de ramos) foi seca e separada em três pools de biomassa: folhagem, ramos pequenos (diâmetro < 0,5 cm) e ramos grandes (diâmetro > 0,5 cm).
Desenvolvimento de Modelos: Modelos lineares generalizados de efeitos mistos (GLMM) foram desenvolvidos utilizando o software R. Os modelos ao nível de ramo foram ajustados primeiro, incorporando variáveis como comprimento do ramo, diâmetro, posição relativa da copa e tratamento de desbaste. Estes foram escalonados para equações de biomassa de árvore inteira usando DAP, altura da árvore e porcentagem de copa viva (PCV) como preditores.
Comparação: As equações desenvolvidas localmente foram comparadas com equações alométricas nacionais (Ung et al. 2008) tanto ao nível de árvore individual quanto ao nível de povoamento (agregado em kg ha⁻¹).

Principais Contribuições

Desenvolvimento de Equações Locais: O estudo produziu equações alométricas calibradas localmente especificamente para o pinheiro-lodgepole em parcelas de DPC, identificando o DAP, a altura e a porcentagem de copa viva como os preditores mais fortes da biomassa da copa.
Incorporação de Atributos da Copa: Diferente de muitos modelos nacionais que dependem primariamente de DAP e altura, os modelos locais integraram explicitamente atributos da copa viva, que são críticos para capturar mudanças estruturais induzidas pelo desbaste.
Quantificação dos Efeitos do DPC: A pesquisa quantificou o impacto específico do DPC na alocação de biomassa, demonstrando que o desbaste leva a uma maior retenção de biomassa de folhagem e de ramos em comparação com povoamentos não manejados de DAP semelhante.

Resultados

Desempenho do Modelo: As equações derivadas localmente demonstraram ajustes de modelo fortes, com coeficientes de determinação ( $R^2$ ) de 0,92 para folhagem, ramos pequenos e ramos grandes vivos, e 0,91 para ramos grandes mortos.
Efeitos do Desbaste: Árvores em parcelas desbastadas exibiram significativamente maior biomassa de folhagem e ramos vivos do que árvores de controle de DAP semelhante. Essa divergência aumentou com o tamanho da árvore. Árvores desbastadas mantiveram razões de copa viva maiores, enquanto as árvores de controle apresentaram recessão de copa mais pronunciada e retiveram mais ramos mortos.
Comparação com Equações Nacionais:
- Nível de Árvore Individual: Tanto as equações locais quanto as nacionais mostraram coeficientes de correlação semelhantes com a biomassa observada tanto em povoamentos controlados quanto desbastados. No entanto, as equações nacionais exibiram um viés sistemático, subestimando consistentemente a biomância de folhagem e de ramos em parcelas desbastadas conforme a biomassa aumentava.
- Nível de Povoamento: Quando escalonadas para o nível de parcela, as equações nacionais subestimaram significativamente a biomassa em povoamentos desbastados em comparação com as equações locais (14% menor para folhagem, $P < 0,0001$ ; 7% menor para ramos, $P = 0,004$ ). Em contraste, as predições para parcelas de controle não manejadas foram comparáveis entre os dois tipos de equações.

Significância e Alegações
Os autores concluem que equações alométricas generalizadas podem não capturar adequadamente as mudanças estruturais da copa associadas ao desbaste pré-comercial. O estudo afirma que o uso de equações calibradas localmente, ou fatores de ajuste específicos de sítio, é necessário para melhorar a estimativa de biomassa em povoamentos manejados.

Especificamente, o artigo destaca que:

Precisão em Povoamentos Manejados: Equações nacionais, desenvolvidas majoritariamente a partir de povoamentos naturais ou não manejados, falham em considerar o desenvolvimento da copa aprimorado (maiores razões de copa viva e retenção de ramos) resultante da redução da competição em parcelas de DPC.
Implicações para Modelagem de Carbono e Fogo: A subestimação da biomassa em povoamentos desbastados pelas equações nacionais tem consequências diretas para a predição da produtividade do povoamento, contabilidade de estoque de carbono e modelagem de carga de combustível do dossel. A subestimação da massa de combustível do dossel é particularmente preocupante para a modelagem de fogo, pois leva a uma densidade de bulk do dossel subestimada, uma variável crítica para a predição da propagação de incêndios de copa.
Limitações da Generalização: Os achados apoiam a noção de que, à medida que a extensão geográfica dos conjuntos de dados agrupados aumenta, o erro de predição também pode aumentar quando aplicado a regimes de manejo específicos. O estudo sugere que, embora as equações nacionais permaneçam robustas para povoamentos densamente estocados e não manejados, elas requerem modificação ou substituição quando aplicadas a florestas com manejo de densidade.

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