Influence of climate, fire and phosphorus in the dynamics of vegetation in the Amazon-Cerrado border simulated with INLAND model

• Main Author: Silva, Emily Ane Dionizio da
• Other Authors: Neves, Júlio Cesar Lima
• Language: English
• Published: Universidade Federal de Viçosa 2015
• Subjects: Ecologia vegetal; Cerrado; Amazônia; Vegetação e clima; Vegetação - Efeito do fogo; Solos - Teor de fósforo; Plantas - Nutrição mineral; Agronomia
• Online Access: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/6659

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas ([e-mail]) on 2015-11-12T13:54:30Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3255421 bytes, checksum: 6de68334c72c21814bfee6694093753e (MD5) === Made available in DSpace on 2015-11-12T13:54:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 3255421 bytes, checksum: 6de68334c72c21814bfee6694093753e (MD5) Previous issue date: 2015-02-12 === Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais === Estudos realizados para avaliar os principais fatores responsáveis pela dinâmica da vegetação na Amazônia tais como clima e/ou desmatamento sugerem a possibilidade da floresta Amazônica não resistir a uma eventual mudança do regime de chuvas, e ser transformada em um ecossistema de vegetação mais esparsa, do tipo savana, o que deu origem ao termo “Savanização da Amazônia”. Parte destes estudos iniciais no entanto utilizavam apenas cenários de climas futuros, negligenciando na maior parte das vezes o efeito do fogo, e principalmente o efeito da limitação nutricional na dinâmica da vegetação. Recentemente, no âmbito da modelagem climática, grandes avanços têm sido realizados na tentativa de se construir modelos que incorporem o efeito da limitação nutricional e do fogo de forma que se possa avaliar e dimensionar os efeitos dos mesmos na vegetação em larga escala. Neste trabalho, o principal objetivo foi avaliar os efeitos isolados e combinados do clima (variabilidade interanual e CO2), fogo (F) e limitação nutricional por fósforo (P) utilizando o modelo de vegetação dinâmica INLAND na transição entre Amazônia-Cerrado. O modelo INLAND é o primeiro modelo brasileiro que permite simular a dinâmica da vegetação incorporando estes fatores. O INLAND caracteriza a vegetação através de tipos funcionais de planta, que combinados de forma diferente dão origem aos biomas. A limitação nutricional no modelo é estabelecida através de uma função linear entre o teor de fósforo total no solo e a capacidade máxima de carboxilação da enzima Rubisco (Vmax). A Rubisco é a principal enzima responsável por regular as taxas de carboxilação nas plantas com mecanismo fotossintético do tipo C3 atuando diretamente na produtividade primária líquida (NPP) e no incremento de biomassa. Dois mapas de Vmáx foram elaborados para serem utilizados como dados de entrada nas simulações, baseados em dados regionais (PR) (medidas de campo) e globais (PG) de teor de P total no solo. No delineamento do experimento numérico, 24 simulações foram realizadas de forma que diferentes combinações entre os fatores clima, P, F e CO2 fossem obtidas. Para validação das simulações, um mapa de índice de área foliar (LAI) MODIS e dados de biomassa foram contrastados com valores simulados pelo modelo INLAND. Os resultados demonstraram que isoladamente, o efeito do fogo sobre a NPP no Cerrado é positivo e maior em relação aos efeitos da limitação nutricional, contrariamente ao que acontece na região Amazônica onde o P atua na diminuição da NPP. O CO 2 por sua vez quando avaliado combinadamente aos efeitos do fogo demonstrou-se como um amenizador, aumentando a NPP na região de transição. Com relação ao clima, o uso de uma variabilidade inter-anual melhorou a representação dos valores de NPP, biomassa e LAI pelo INLAND. Os valores de LAI e biomassa simulados apresentaram boa correlação com os dados observados de forma que o gradiente de vegetação Amazônia - Cerrado conseguiu ser representado. A melhor representação da composição da vegetação pelo modelo INLAND foi quando considerado os efeitos de PG+F+CO2. === Studies to assess the main factors responsible for the dynamics of vegetation in the Amazon such as climate and / or deforestation suggest the possibility of the Amazon rainforest may not resist a potencial change in rainfall patterns, and be converted to an ecosystem of more sparse vegetation like savanna, which gave rise to the term “Amazon Savannization”. Some of these initial studies, however, used only future climate scenarios, neglecting in their majority the fire effects and especially the effect of nutrient limitation on vegetation dynamics. Recently, in the context of climate modeling, advancements have been made in an attempt to build models that incorporate the nutritional restriction effect and the fire to assess and measure their effects on vegetation at a large scale. In this work, the main objective was to evaluate the isolated and combined effects of climate (inter annual variability and CO2), fire (F) and nutritional limitation by phosphorus (P) using the dynamic vegetation model INLAND in the transition between forest-Cerrado. The INLAND model is the first Brazilian model to simulate the vegetation dynamics incorporating these factors. The INLAND characterizes the vegetation through plant functional types, which combined differently give rise to biomes. The nutritional limitation is established through a linear function of the total phosphorus content in the soil and the maximum carboxylation capacity of Rubisco enzyme (Vmax). The Rubisco is the main enzyme responsible for regulating carboxylation rates in plants with the C3 photosynthetic mechanism type acting directly on net primary productivity (NPP) and the increase of biomass. Two regional the datasets of Vmax to be used as input data of the simulations, based on regional (PR) (field measurements) and global data (PG) of total P content in the soil. In the design of numerical experiment, 24 simulations were performed for different combinations of climate factors, P, F and CO2 were obtained. To validate the simulations, regional datasets of dry season leaf area index (LAI), and biomass were compared against simulated values by the INLAND model. The results showed that isolation, the effect of fire on the NPP in the Cerrado is positive and higher than the effects of nutritional restriction, contrary to what happens in the Amazon biome where the P acts to reduce the NPP. The CO2 when evaluated in combination with the effects of fire acted as an attenuator increasing the NPP in the transition region. With respect to the climate, the use of inter-annual variability improved representation of biomass and LAI simulated by INLAND. The LAI and biomass simulated values showed good correlation with Amazon-Cerrado observed gradient. The best representation of the vegetation composition by INLAND was found when the effects of PG+F+CO2 were combined.