Wood density, modeling of the height-diameter relationship, growth, and productivity of Eucalyptus benthamii Maiden et Cambage in integrated crop-livestock systems

Orientador: Prof. Dr. Anibal de Moraes Coorientadores: Profª Dra. Claudete Reisdorfer Lang, Prof. Dr. Jonathan William Trautenmüller , Dr. Vanderley Porfírio da Silva Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agronomia - Produção Vegetal. Defesa : Curitiba, 19/08/2022 Inclui referências Resumo: O planeta em crescente transformação, por conta do aumento populacional, sofre a pressão pela produção de fibras, alimentos e energia, o que leva a práticas agrícolas inadequadas, transformação em larga escala de florestas naturais em novas áreas agrícolas, e a consequente perda da biodiversidade florestal, na contramão do combate às mudanças climáticas. Sistemas integrados de produção agropecuária (SIPA) são modelos de produção que combinam componentes de lavoura, pecuária e floresta e são reconhecidos como excelente estratégia para a intensificação sustentável. Espécies de eucaliptos estão introduzidas em todo o planeta com a finalidade de atender às demandas mundiais por fibra e energia, por ser uma cultura lenhosa de curta rotação com crescimento rápido em volume. O objetivo dessa tese foi avaliar Eucalyptus benthamii em SIPA no subtrópico brasileiro, nos aspectos de densidade da madeira, modelagem da relação altura-diâmetro, crescimento e produtividade. O capítulo 1 traz um estudo com o crescimento e a densidade da madeira de E. benthamii comparando três arranjos diferentes de SIPA – lavoura-floresta (LF), pecuária-floresta (PF), e lavoura-pecuária-floresta (LPF) e o monocultivo florestal. Para tanto, 60 árvores de 5 classes diamétricas diferentes foram abatidas, e de cada uma delas foram retirados 6 discos em posições diferentes do fuste para análise laboratorial da densidade. As árvores que crescem em sistemas integrados aumentaram o diâmetro do tronco na altura do peito em 24,7% e produziram madeira 9,0% menos densa do que no sistema de monocultura florestal. A monocultura florestal aumentou a altura das árvores e não houve diferença no volume do tronco entre os sistemas de produção. Esses resultados sugerem que os sistemas integrados podem produzir madeira com menor densidade de madeira e crescimento individual mais rápido do que em monoculturas florestais. No capítulo 2 foi realizada uma modelagem da relação altura-diâmetro de E. benthamii em SIPA, com objetivo de verificar se essa relação se torna diferente da observada em plantios homogêneos, bem como se difere entre os SIPA (LF, PF e LPF). Os dados foram colhidos por meio de 7 inventários e um censo. De acordo com a análise, o sistema puramente florestal não compartilha nenhuma semelhança da relação hipsométrica com os demais sistemas produtivos. A relação altura-diâmetro de E. benthamii muda entre as diferentes formas de SIPA. Em especial, sistemas que envolvem pecuária geraram os mesmos valores de crescimento máximo, assíntota e ponto de inflexão da relação hipsométrica, e onde houve presença do animal ocorreu produção de árvores com alturas assintóticas menores e com maior diâmetro quando as alturas médias das árvores dos SIPA são iguais. O capítulo 3 traz uma análise do incremento volumétrico e produtividade de E. benthamii em três modelos diferentes de SIPA (LF, PF e LPF). As árvores foram avaliadas com o uso de cintas dendrométricas. O fator de forma diminui com a idade, os eucaliptos em SIPA ficaram mais cônicos na base, igual característica de árvores dominantes de um povoamento em maciço florestal, e também houveram diferenças de volume acumulado entre os 3 modelos de SIPA. Os SIPA podem promover a intensificação sustentável da produção agrícola, melhorar a prestação de serviços ecossistêmicos complementares e são uma excelente possibilidade para a expansão vertical das fronteiras agrícolas, bem como podem prevenir a expansão horizontal para novas áreas, reduzindo a pressão sobre as florestas naturais e contribuir para combate ao desmatamento. Abstract: The planet in increasing transformation, due to the population increase, suffers pressure for the fibers, food and energy production, which leads to inadequate agricultural practices, large-scale transformation of natural forests into new agricultural areas, and the consequent loss of forest biodiversity, in the opposite direction of the fight against climate changes. Integrated crop-livestock systems (ICLS) are production models that combine crop, livestock, and forestry components and are recognized as an excellent strategy for sustainable intensification. Eucalyptus species are introduced worldwide to meet the world's demands for fiber and energy, as it is a woody crop of short rotation with rapid volume growth. The objective of this thesis was to evaluate E. benthamii in ICLS in the Brazilian subtropics, for aspects of wood density, modeling of the height-diameter relationship, growth, and productivity. Chapter 1 presents a study of the growth and wood density of E. benthamii comparing three different arrangements of ICLS – crop-forestry (CF), livestock-forestry (LF), and crop-livestock-forestry (CLF), and forestry monoculture. For this purpose, 60 trees of 5 different diameter classes were felled, and from each of them, 6 discs were removed in different positions of the stem for laboratory analysis of wood density. Trees growing in integrated systems increased trunk diameter at breast height by 24.7% and produced wood 9.0% less dense than in the monoculture forestry system. Monoculture forestry increased tree height and there was no difference in trunk volume among the production systems. These results suggest that ICLS can produce timber with lower wood density and faster individual growth than in forestry monocultures. In chapter 2, a modeling of the height-diameter relationship of E. benthamii in ICLS was carried out, to verify if this relationship differs from that observed in forestry monocultures, as well as differs between the ICLS (LF, CF, and LPF). Data were collected through 7 inventories and a census. According to analysis, monoculture forestry does not share any similarity of the height-diameter relationship with ICLS. The height-diameter relationship of E. benthamii changes between the ICLS’s different forms. Particularly, two systems involving cattle provide the same values of maximum growth rate, asymptote, and inflection point of the height-diameter relationship. Furthermore, with the integration of cattle into the tree component, trees with lower asymptotic heights are produced, as well as with larger diameters when the average tree heights of the ICLS are equal. Chapter 3 presents an analysis of the monthly increment and productivity of E. benthamii in three different ICLS (LF, CF, and LPF). The trees were evaluated using metal dendrometer bands. The form factor decreased while age increased, and ICLS eucalyptus trees became more conical at the base, the same characteristic of dominant trees of forest monoculture, and there were differences in accumulated volume between the 3 ICLS models. The ICLS can promote sustainable intensification of agricultural production, enhance the provision of complementary ecosystem services, and are an excellent possibility for vertical expansion of agricultural frontiers, as well as can prevent horizontal expansion into new areas, reducing pressure on natural forest, and contribute to combatting deforestation.