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Revista Árvore

Print version ISSN 0100-6762On-line version ISSN 1806-9088

Rev. Árvore vol.29 no.1 Viçosa Jan./Feb. 2005

https://doi.org/10.1590/S0100-67622005000100005 

Dinâmica da estrutura diamétrica da regeneração natural de espécies arbóreas e arbustivas no sub-bosque de povoamento puro de Mimosa scabrella Bentham, em área minerada, em Poços de Caldas, MG

 

Diametric struture dynamics for tree and shrub natural regeneration understory within pure stands of Mimosa scabrella Bentham planted on a mined-out site at Poços de Caldas, Minas Gerais state

 

 

Mauro Eloi NappoI; James Jackson GriffithII; Sebastião Venâncio MartinsII; Paulo De Marco JúniorIII; Agostinho Lopes de SouzaII; Ary Teixeira de Oliveira FilhoIV

IDepartamento de Fitotecnia CCA/UFES, CEP 29.500-000, Alegre (ES)
IIDepartamento de Engenharia Florestal - UFV, CEP: 36570-000, Viçosa (MG)
IIIDepartamento de Biologia Geral – UFV, CEP: 36570-000, Viçosa (MG)
IVDepartamento de Ciências Florestais - UFLA, CP. 37 - CEP 37.200-000 Lavras (MG)

 

 


RESUMO

A área do Retiro-Branco, de propriedade da Companhia Geral de Minas, subsidiária da ALCOA Alumínio S.A., foi minerada para a extração de bauxita de 1978 até 1981. Em 1982/1983, essa área teve seu processo de reabilitação implementado mediante a hidrossemeadura de gramíneas e leguminosas e o plantio puro de Mimosa scabrella Bentham. Em 1997 foi realizado o primeiro inventário da regeneração natural do Retiro-Branco, aravés da implantação de 19 parcelas permanentes para caracterização inicial do processo de sucessão natural. E em 2000 foi realizado o segundo inventário dessas parcelas para caracterizar o processo de dinâmica da regeneração, o objeto deste trabalho. O processo de dinâmica da regeneração natural foi caracterizado mediante análises quantitativas e qualitativas da distribuição diamétrica. Os estudos indicaram que o monitoramento mediante inventário florestal contínuo, com parcelas permanentes setorizadas, é uma ferramenta viável para avaliações da dinâmica da regeneração natural, rumo à compreensão dos caminhos da sucessão. Foi caracterizado o processo de estratificação da regeneração natural, em que as espécies pioneiras e clímax foram as principais componentes do estrato inferior e as secundárias, as principais componentes do estrato superior. O povoamento florestal do Retiro-Branco está sobre intensa atividade de estruturação, caracterizando o estágio inicial do processo de sucessão. As espécies secundárias são as de maior dominância nas maiores classes de altura e de diâmetro, sendo as principais responsáveis pela edificação do estrato superior. A prognose da distribuição diamétrica, realizada mediante o emprego da Cadeia de Markov, foi uma ferramenta de fácil implementação e que permitiu prever o caminho do processo de sucessão para o povoamento todo e para os grupos ecológicos de espécies, ampliando o entendimento dos mecanismos que regem o comportamento interno da sucessão.

Palavras-chave: Dinâmica da regeneração natural, distribuição diamétrica e prognose.


ABSTRACT

Retiro-Branco mine, a property of Companhia Geral de Minas, subsidiary of ALCOA Alumínio S.A., underwent bauxite extraction from 1978 to 1981. In 1982/1983 as part of its mine rehabilitation strategy, herbaceous species were hydroseeded and tree seedlings of Mimosa scabrella Bentham planted in the mining site. In 1997, 19 sample plots (50m2) were established in this area for the initial characterization of the natural regeneration process. In 2000, a second inventory was performed in the same plots to characterize natural regeneration dynamics. The process of natural regeneration dynamics was characterized through quantitative and qualitative analyses of diameter distribution. These studies demonstrated that using continuous forest inventory with a sample plot grid is a viable tool for evaluating natural regeneration dynamics. The stratification process for natural regeneration was characterized. Pioneer and climax species are the main components of the inferior stratum and the secondary ones the main component of the superior stratum. Retiro-Branco forest was found to be undergoing intense structuring activity, characterizing initial stage of succession. Secondary species are the most dominant in classes with greatest height and diameter, being the most responsible for the superior stratum construction. Diameter distribution prediction using Markov Matrix proved to be a simple way for foreseeing both the succession process of natural regeneration and future ecological groupings of species, increasing the understanding of mechanisms that rule internal succession behavior.

Key words: Natural regeneration dynamics, diameter distribution and prediction.


 

 

1. INTRODUÇÃO

A compreensão da dinâmica dos processos que ocorrem ao longo do tempo em florestas ineqüiâneas é um grande desafio. Visualizar as mudanças, determinar suas principais causas e avaliá-las qualitativa e quantitativamente são o caminho para compreender os fenômenos que ocorrem na natureza, permitindo estabelecer relações para prever conseqüências futuras, dando ao manejador condições de realizar um manejo mais refinado.

Muitos dos fenômenos do processo de sucessão podem ser estudados como se cada um passasse por uma seqüência de estados a partir de um estado inicial e que a transição de determinado estado para o seguinte ocorresse segundo certa probabilidade (BOLDRINI et al., 1978). No caso em que essa probabilidade de transição dependa apenas do estado em que o fenômeno se encontra e do estado seguinte, o processo é chamado de Processo de Markov, e uma seqüência de estados seguindo esse processo é denominada Cadeia de Markov. A cadeia de Markov é um processo estocástico que possui um número finito de estados; atende à propriedade markoviana, ou seja, a probabilidade de transição depende apenas do estado em que o fenômeno se encontra e do estado seguinte; possui uma matriz estacionária; e tem uma probabilidade inicial associada a cada estado (HILLER e LIEBERMAN, 1980).

Entre os modelos de matrizes de transição, a matriz de Markov, ou cadeia de Markov, é utilizada na prognose e desenvolvimento de povoamentos ineqüiâneos. Esse modelo utiliza o conceito de estado, que é a situação em que uma árvore pode ser encontrada, como: ingresso, classe de diâmetro, emigração, mortalidade, colheita etc. O ingresso representa o número de árvores que surgem, pela primeira vez, em classes de diâmetro, em dado intervalo de tempo. Uma vez que uma árvore esteja em um estado, ela pode permanecer nele ou emigrar para outro. Os movimentos de um estado para outro são calculados pelas probabilidades de transição. O modelo assume que a probabilidade de movimentos de árvores de um estado para outro depende somente do estado inicial e é constante em todo o período de projeção (AZEVEDO et al., 1995).

Em especial para estudos de regeneração natural e áreas sobre intensa dinâmica em virtude de perturbações, o acompanhamento da dinâmica da estrutura diamétrica e a prognose devem ser feitos com cautela, sendo pequeno o intervalo de tempo entre os levantamentos e a prognose feita também para pequenos intervalos de tempo futuros. O monitoramento por períodos de tempo prolongados é a maneira mais confiável para o melhor ajuste dos modelos.

Os objetivos deste estudo foram analisar a dinâmica da estrutura diamétrica da regeneração natural sob povoamento de Mimosa scabrella Bentham (bracatinga) na mina exaurida de bauxita, "Retiro-Branco", visando conhecê-la e inferir sobre os caminhos do processo de sucessão através do uso da cadeia de Markov, como ferramenta de prognose.

 

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1. O local de estudo

O local de estudo, denominado "Retiro-Branco", de propriedade da Companhia Geral de Minas, subsidiária da ALCOA Alumínio S.A., tem área de 6,44 ha, está a 1.500 m de altitude na porção superior da vertente voltada para a face NE, no Planalto de Poços de Caldas, MG. Essa área foi minerada para extração de bauxita entre 1978 e 1981, tendo sido desmatada e removida a camada superficial de solo (de 30 a 40 cm), e minerada à profundidade média de 4,5 m. Posteriormente, em 1982/1983 foi feita a reconstrução topográfica do terreno, tendendo à topografia original, com adoção de práticas de conservação de solos e recolocação da camada de solo superficial de aproximadamente 30 cm; em seguida foi feita a revegetação compondo dois estratos, um herbáceo mediante hidrossemeadura em área total com Lolium multiflorum Lam. (azevém), Glycine wightii Willd. (soja-perene) e Melinis minutiflora Beauv. (capim-gordura) e outro arbóreo com Mimosa scabrella Bentham em espaçamento de 5 m×5 m.

Nas circunvizinhanças do Retiro-Branco são encontrados diversos fragmentos de vegetação, constituída predominantemente por contatos transicionais entre floresta estacional semidecidual e floresta ombrófila mista e savana gramíneo-lenhosa, estando estes sob ação antrópica variada, e um grande mosaico formado por povoamentos puros de Pinus sp. e Eucalyptus sp. e povoamentos mistos, com espécies arbóreas e arbustivas, originários de práticas de reabilitação de áreas degradadas.

A posição topográfica do Retiro-Branco faz com que haja forte exposição a ventos fortes, provocando o tombamento das árvores adultas de Mimosa scabrella originais do plantio de reabilitação, em proporções muito significativas. No entanto, é um importante fator no processo de dispersão de propágulos para a colonização da área.

2.2. Procedimentos de campo

Foram identificados e medidos o diâmetro à altura do solo (DAS) e de altura total (H) dos indivíduos de espécies arbóreas e arbustivas com altura igual ou superior a 0,30 m e que não tenham sido provenientes do plantio inicial, mediante inventário florestal contínuo, sendo o primeiro em 1997 (t) e o segundo em 2000 (t + 1). Para tanto foram empregadas parcelas permanentes, setorizadas, nos dois inventários. A intensidade amostral foi de 19 parcelas permanentes de 50 m2, tendo sido testadas pelo procedimento de curva espécie-área apresentado por Nappo (1999).

2.3. Distribuição diamétrica

Os dados da vegetação foram arquivados por área de estudo, por parcela e setor em cada ocasião de inventário. Essa estrutura de coleta e armazenamento de dados permitiu a utilização de qualquer critério de estratificação no estudo da regeneração natural das áreas em estudo.

As classes de diâmetro foram definidas adotando-se amplitude de 2,0 cm. Dessa forma foi feita a distribuição diamétrica para a regeneração natural total, nos dois momentos de monitoramento, 1997 e 2000, e em separado para cada grupo ecológico, permitindo visualizar as alterações ocorridas na distribuição de diâmetros de forma mais pormenorizada.

2.4. Prognose da estrutura diamétrica

O modelo usado para a predição da estrutura diamétrica da regeneração natural da área do Retiro-Branco foi o de matriz de transição. Esse é um modelo de classificação por tamanho, ou uma forma do modelo matricial de Leslie. Segundo Enright e Ogden (1979), o único requisito desse modelo é que as populações possam ser divisíveis em grupos de estados e que existam possibilidades de movimentação de um estado para o outro ao longo do tempo. As probabilidades de transição de um estado para outro foram feitas empregando-se a seguinte fórmula, segundo Azevedo (1993):

em que: Pij = probabilidade de transição; nij = número de indivíduos na classe j, no tempo t+1, uma vez que estavam, na classe i, no tempo t; e ni = número total de indivíduos na classe i, no tempo t.

O número de árvore por classe de diâmetro após decorrido um período de tempo foi obtido aplicando-se as equações de Chapman-Kolmogorov (PARZEN, 1962), por:

em que: Y1q = vetor-coluna do número de árvores por classe de diâmetro, após decorrido um período de tempo; G = matriz de probabilidade de transição; Y0 = vetor-coluna do número de árvores por classe de diâmetro, no tempo t; e CL = vetor-coluna de árvores que ingressaram durante um período de tempo.

O vetor-coluna que representa o ingresso do número de árvores por hectare para a regeneração natural total e separadamente para os grupos ecológicos, para um intervalo de tempo futuro, foi obtido empregando-se a seguinte equação:

em que: CLt+1= ingresso do número de árvores no tempo t + 1; e ABt = área basal no tempo t.

As áreas basais para a regeneração natural total e para os grupos ecológicos das espécies, observadas no tempo 2000 (t+1) e utilizadas para compor os vetores ingressos, foram obtidas segundo a expressão:

em que: ABt = área basal no tempo "t + 1"; CD = centro de classe de diâmetro; Ni = número de indivíduos no i-ésimo centro de classe de diâmetro; e j = número de centros de classe de diâmetro.

Para melhor caracterizar o caminho do processo de sucessão do povoamento estudado, o processo de prognose foi realizado para a regeneração natural como um todo e em separado para os grupos ecológicos (pioneiras, secundárias e clímax) por classe de diâmetro. Para realizar as prognoses dos grupos ecológicos foram utilizadas as matrizes de probabilidade, obtidas para cada grupo ecológico de espécies (GP, GS e GC) em relação ao total de indivíduos do povoamento, o vetor de número de indivíduos total da regeneração natural e os vetores ingressos do número de indivíduos por grupo ecológico (CP2003, CS2003 e CC2003) obtido pelo ajuste das equações de ingresso para cada um dos grupos ecológicos. Em seguida, foi aplicada a equação de Chapman-Kolmogorov, para a estimativa dos vetores resultantes do número de indivíduos por grupo ecológico , por classe de diâmetro, para um intervalo de tempo futuro, 2003 (t+2).

 

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Distribuição de diâmetros e prognose do número de indivíduos

Os diâmetros apresentam amplitude de 0,2 a 17,0 cm. Esses foram agrupados em classes de diâmetro com amplitude de 2,0 cm, visando caracterizar a distribuição diamétrica em "J" invertido, característica de povoamentos ineqüiâneos (Quadro 1).

 

 

É observada uma dinâmica muito grande de estados devido às alterações na distribuição do número de indivíduos ocorridas no período de medição 1997(t) e 2000 (t+1), como: indivíduos que emigram de classe de diâmetro (diagonais secundárias); indivíduos mortos; indivíduos que ingressaram e indivíduos que permaneceram na mesma classe de diâmetro (diagonal principal); e aumento do número de classes de diâmetro (Quadro 2).

A matriz de probabilidade de transição expressa o comportamento da distribuição do número de indivíduos pelas classes de diâmetro, permitindo visualizar com maior clareza o declínio das probabilidades de ingresso e mortalidade no sentido de aumento das classes de diâmetro e a grande emigração observada a partir da classe 2 de diâmetro - 2,0 a 3,9 cm (Quadro 3).

Com base nos resultados, observou-se que a regeneração natural no Retiro-Branco passa por um período de grande atividade de estruturação, modificando a arquitetura do povoamento.

O comportamento da distribuição do número de indivíduos por classe de diâmetro da regeneração natural e por grupo ecológico indica que as espécies pioneiras e clímax foram as que mais contribuíram para o aumento do número de indivíduos no povoamento. As espécies secundárias apresentam os maiores porcentuais de emigração, refletindo o aumento de estoque total de indivíduos a partir da segunda classe de diâmetro em diante (Quadros 4 e 5).

Verificou-se que no primeiro inventário (1997) as espécies secundárias dominavam a estrutura do povoamento. No segundo inventário (2000), foi observado que as espécies pioneiras e clímax, impulsionadas pelo grande número de indivíduos ingressantes nas primeiras classes de diâmetro, estabelecem uma relação de equilíbrio em relação ao número total de indivíduos. As espécies secundárias apresentam redução do número de indivíduos na primeira classe de diâmetro e aumento do estoque de indivíduos a partir da segunda classe (Quadro 6).

 

 

Mediante análise de regressão foram ajustadas equações de ingresso, em função do número de indivíduos total e por grupo ecológico e das respectivas áreas basais em 1997 (Quadro 7).

As estimativas dos ingressos do número de indivíduos para um intervalo de tempo futuro, 2003 (t+2), foram: de 14.745,0789 indivíduos/ha para a regeneração natural total; 6.217,3136 indivíduos/ha para o grupo das pioneiras; 73,4923 indivíduos/ha para o grupo das secundárias; e de 5.988,4162 indivíduos/ha para clímax. Esses valores compõem os respectivos vetores ingressos estimados para 2003, para a regeneração natural total e, em separado, para os grupos ecológicos.

Aplicando a equação de Chapman-Kolmogorov, foi estimado o número de indivíduos por hectare, por classe de diâmetro, no tempo t + 1 (2003), para a regeneração natural total (2003), conforme apresentado no Quadro 8.

Os resultados prognosticados indicam que deverá haver aumento do estoque do número de indivíduos em todas as classes de diâmetro da regeneração natural. Essa tendência reforça a caracterização do processo inicial de estruturação do povoamento.

A classe 1 de diâmetro (de 0,0 a 1,9 cm), em função da elevada probabilidade de morte (39,47%) e da probabilidade de emigração para as classes de diâmetros superiores (17,33%), apresentou indicação de compensação da probabilidade de ingresso, refletindo o discreto aumento do número de indivíduos prognosticados para essa classe de diâmetro. Dessa forma, para estudos de regeneração natural que englobam os estágios de banco de imaturos é importante fazer inventários contínuos com menor intervalo de tempo entre um e outro pelo menos para esse estrato.

Os resultados obtidos nas prognoses, por grupos ecológicos de espécies, demonstram que as espécies secundárias vão continuar reduzindo significativamente as taxas de ingresso, mas reforçando a emigração para as classes de diâmetro maior. As espécies pioneiras e clímax apresentam taxas crescentes de ingresso, mas pequena emigração para as classes de diâmetros superiores. Essas informações reforçam as indicações de uma estratificação, em que as espécies pioneiras e clímax dominam os estratos menores e as secundárias, os maiores estratos (Quadro 9).

As distribuições diamétricas observadas em 1997 e 2000 e prognosticadas para 2003 são o prenúncio de autodesbaste na primeira classe de diâmetro, como conseqüência da estruturação do povoamento, afetando a disponibilidade de recursos.

O comportamento da distribuição do número de indivíduos por hectare, por classe de diâmetro da regeneração natural, por grupos ecológicos, observados no período de monitoramento entre 1997 e 2000 e prognosticados para 2003, é apresentado nas Figuras 1 e 2.

 

 

 

 

O processo de sucessão na área do Retiro-Branco pode ser entendido conforme a teoria de sucessão de Connell e Slatyer (1977) quanto à "facilitação", em que o povoamento puro de Mimosa scabrella, num primeiro momento do processo de reabilitação cumprindo seu papel de agente facilitador do processo, tendo formado condições de dossel que favoreceram as espécies secundárias e, num segundo momento, com o declínio do povoamento e conseqüente abertura de dossel, a facilitação se desenvolveu favoravelmente para a ocupação do sítio por espécies pioneiras. Um terceiro momento, concomitante com os dois primeiros, a dominância das espécies secundárias e a estruturação de um novo dossel superior, favorece a colonização das espécies clímax.

 

4 . CONCLUSÕES

O povoamento florestal do Retiro-Branco está sob intensa atividade de estruturação, caracterizando o estágio inicial do processo de sucessão. O declínio e morte do povoamento puro de Mimosa escabrella Bentham estão modificando a ordem do processo de sucessão na área, diversificando as condições de sítio e, assim, a habilidade de ocupação deste, regida pelos grupos ecológicos, sendo as espécies pioneiras as mais favorecidas por esse processo.

As espécies secundárias são as de maior dominância nas maiores classes de altura e de diâmetro, sendo as principais responsáveis pela edificação do estrato superior, que por sua vez favorece as espécies clímax.

O uso da prognose por meio da cadeia de Markov foi uma ferramenta de fácil implementação e permitiu inferir sobre o caminho do processo de sucessão, sendo muito útil para o manejo de áreas sob processo de reabilitação.

A prognose realizada por grupos de espécies amplia o entendimento dos mecanismos que regem o comportamento interno da sucessão, podendo ser realizada com maior refinamento dentro dos compartimentos da estrutura de povoamentos, até mesmo em nível de espécie.

Aparentemente em estudos de regeneração natural e em áreas sobre intensa dinâmica em virtude de perturbações, o acompanhamento da dinâmica da estrutura diamétrica e a prognose devem ser feitos com cautela, adotando-se pequenos intervalos de tempo entre os inventários, sendo a prognose feita também para pequenos intervalos de tempo futuros. As etapas sucessivas do inventário contínuo vão permitir aferir o grau de acerto da prognose e colaborar para os ajustes e o aprimoramento do uso dessa ferramenta em estudos dos processos de sucessão natural.

 

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AZEVEDO, C. P. Predição da distribuição diamétrica de povoamentos florestais inequiâneos pelo emprego da matriz de transição. 1993. 118f. Tese (Mestrado em Ciência Florestal) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 1993.        [ Links ]

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BOLDRINI, J. L. et al. Álgebra linear. São Paulo: Harper & Row do Brasil, 1978. 805 p.        [ Links ]

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HILLER, F. S.; LIEBERMAN, G. J. Introduction to operations research. 3.ed. San Francisco: Holden-Day, 1980. 829 p.        [ Links ]

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PARZEN, G. Stochastic process. San Francisco: Holden-Day, 1962. 324 p.        [ Links ]

 

 

Recebido em 07.05.2003 e aceito para publicação em 25.11.2004.

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