Modelling and mapping aboveground biomass for energy usage and carbon storage assessment in mediterranean ecosystems
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Data
2014-07-22
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Resumo
A quantificação da biomassa dos espaços florestais é essencial para a
investigação da dinâmica dos ecossistemas como sumidouro de carbono e consequente
papel na mitigação das alterações climáticas. Este conhecimento é particularmente
importante nos ecossistemas mediterrânicos, uma vez que é amplamente reconhecida a
sua maior vulnerabilidade às previstas alterações climáticas. Adicionalmente, a
utilização de biomassa para produção de energia tem vindo a aumentar nos últimos anos
com o intuito de substituir o consumo de energia, proveniente de fontes fósseis não
renováveis. Consequentemente, as avaliações de biomassa bem como o estudo das suas
características e propriedades são necessárias para se atingiram estimativas o mais
correctas possíveis.
Neste contexto, foi delineado um estudo, desde 2006, nas espécies mais
representativas dos ecossistemas florestais de Portugal: o pinheiro-bravo (Pinus pinaster
Aiton) e o eucalipto (Eucalyptus globulus Labill.), bem como nas espécies arbustivas
lenhosas que compõem as áreas mais significativas de matorral. No Norte e Centro do
país, foram instaladas parcelas de inventário onde se fizeram diversas medições
dendrométricas e, utilizando o método destrutivo, foram feitas pesagens da biomassa
aérea das espécies mencionadas. Por ajustamento simultâneo foram desenvolvidos dois
sistemas de equações para estimativa da biomassa das componentes de pinheiro bravo e
das componentes de eucalipto, observando a aditividade das estimativas das
componentes individuais. Foram também desenvolvidas diversas equações para
estimativa da biomassa de matorral utilizando diferentes variáveis independentes. Com
o intuito de fazer a quantificação espacial da biomassa florestal foram investigados
diferentes métodos de mapeamento, combinando dados de inventário florestal
convencional, dados obtidos em imagens de satélite e modelos de predição espacial,
incluindo a geoestatística.
A biomassa florestal e arbustiva foi caracterizada e as propriedades avaliadas por
análises termo-físico-químicas. Desta forma, foi possível avaliar o carbono acumulado
quer na biomassa das diferentes fracções da árvore, quer nas principais espécies
arbustivas lenhosas características destes ecossistemas. Os resultados mostraram que os
valores diferem da fracção de 50%, usualmente considerada em diversos estudos. Com a
obtenção destes valores, é possível fazer estimativas mais precisas da acumulação de
carbono e consequentes emissões de dióxido de carbono para a atmosfera.
A avaliação dos poderes caloríficos da biomassa das diferentes componentes de
pinheiro-bravo, eucalipto e matos, permite avaliar com maior rigor o potencial desta
biomassa para fins energéticos. O potencial da biomassa de pinheiro-bravo e eucalipto
para produção de energia, em centrais de biomassa dedicadas, foi avaliado para
Portugal. A análise mostrou que para suprir as necessidades previstas para os projectos
em curso terão de ser consideradas outras fontes de combustível.
O conjunto de modelos alométricos desenvolvidos associados aos métodos de
mapeamento investigados e às medições das fracções de carbono e poderes caloríficos
específicos para cada componente das espécies de pinheiro-bravo, eucalipto, bem como
para as arbustivas lenhosas, são um contributo para se obter com maior exactidão o
carbono capturado e o potencial energético da biomassa dos principais ecossistemas
florestais da região Norte e Centro de Portugal.
Estimates of aboveground biomass stocks are essential for studying the ecosystems dynamics as carbon sinks and consequent role in mitigating climate change. This is particularly important in Mediterranean ecosystems, since it is widely recognized their greater vulnerability to prospective climate change. Moreover, due to efforts in fossil fuels replacement the use of biomass to energy purposes has been increasing. As a consequence, measurements of aboveground biomass and knowledge of biomass characteristics and properties are needed for achieving accurate estimates. In this context, a study was carried out in the main Portuguese forest ecosystems: Maritime pine (Pinus pinaster Aiton) and Eucalyptus (Eucalyptus globulus Labill.) stands and in shrubland areas. Within these ecosystems-types located in the North-Center region of Portugal an exhaustive field wok were conducted, since 2006, to collect the data used in this research. By means of destructive sampling technique a specific system of additive nonlinear allometric equations was developed for estimating maritime pine and eucalyptus aboveground biomass stocks and a set of specific equations were established to predict the shrubland aboveground biomass. To spatially assess the aboveground biomass stocks of forest stands and shrubland in this characteristic region, different mapping approaches based in inventory data, remote sensing imagery and spatial predictions models were investigated and compared. Apart from other physical and chemical properties determinations, carbon content in tree biomass components and shrub pool was achieved showing that the ecosystems studied store important amounts of carbon. The fuelwood characteristics and biomass combustion properties of maritime pine, eucalyptus and main native woody shrub species were evaluated and the potential of forest biomass for energy production at industrial scale in Portugal was assessed. The developed specific equation models in conjunction with the studied mapping techniques and with the values found in this research, inter alia, of carbon fraction of dry matter and heating values per tree component are an important contribute to estimate more accurately the carbon uptake and the energy potential of the studied ecosystems.
Estimates of aboveground biomass stocks are essential for studying the ecosystems dynamics as carbon sinks and consequent role in mitigating climate change. This is particularly important in Mediterranean ecosystems, since it is widely recognized their greater vulnerability to prospective climate change. Moreover, due to efforts in fossil fuels replacement the use of biomass to energy purposes has been increasing. As a consequence, measurements of aboveground biomass and knowledge of biomass characteristics and properties are needed for achieving accurate estimates. In this context, a study was carried out in the main Portuguese forest ecosystems: Maritime pine (Pinus pinaster Aiton) and Eucalyptus (Eucalyptus globulus Labill.) stands and in shrubland areas. Within these ecosystems-types located in the North-Center region of Portugal an exhaustive field wok were conducted, since 2006, to collect the data used in this research. By means of destructive sampling technique a specific system of additive nonlinear allometric equations was developed for estimating maritime pine and eucalyptus aboveground biomass stocks and a set of specific equations were established to predict the shrubland aboveground biomass. To spatially assess the aboveground biomass stocks of forest stands and shrubland in this characteristic region, different mapping approaches based in inventory data, remote sensing imagery and spatial predictions models were investigated and compared. Apart from other physical and chemical properties determinations, carbon content in tree biomass components and shrub pool was achieved showing that the ecosystems studied store important amounts of carbon. The fuelwood characteristics and biomass combustion properties of maritime pine, eucalyptus and main native woody shrub species were evaluated and the potential of forest biomass for energy production at industrial scale in Portugal was assessed. The developed specific equation models in conjunction with the studied mapping techniques and with the values found in this research, inter alia, of carbon fraction of dry matter and heating values per tree component are an important contribute to estimate more accurately the carbon uptake and the energy potential of the studied ecosystems.
Descrição
Tese de Doutoramento em Ciências Agronómicas e Florestais
Palavras-chave
Biomassa , Bioenergia , Carbono , Inventário florestal , Deteção remota , Sistema de informação geográfica