Capacidade de regeneração da floresta tropical amazônica sob deficiência nutricional: resultados de um estudo numérico da interação biosfera-atmosfera

Abstract

Essa tese investiga como as retroalimentações do clima e da disponibilidade de nutrientes no solo interagem na regulação dos padrões de recrescimento da floresta tropical amazônica após um desmatamento de grande escala. Nesse estudo foi utilizado o modelo acoplado biosfera-atmosfera CCM3-IBIS. Inicialmente, o modelo foi validado através de observações de variáveis climáticas e de dinâmica e estrutura da vegetação amazônica. O clima da Amazônia (média anual e sazonalidade) é muito bem simulado tanto para a precipitação quanto para a radiação solar incidente. Os padrões de cobertura vegetal representam bem os padrões observados. A produção primária líquida e as taxas de respiração simuladas diferem em 5% e 16% das observações, respectivamente. O desempenho das variáveis simuladas que dependem da alocação de carbono, como a partição da produção primária líquida, o índice de área foliar e a biomassa, é alto em uma média regional, mas é baixa quando são considerados os padrões espaciais. Uma melhor representação desses padrões espaciais depende da compreensão da variação espacial da alocação de carbono e sua dependência com fatores ambientais. Para avaliar a capacidade de recrescimento da floresta foram realizados dois experimentos. O primeiro experimento considera diferentes tipos de limitação nutricional e um hipotético desmatamento total. O segundo experimento considera o tipo de limitação nutricional mais realístico e diferentes cenários de desmatamento, com o intuito de encontrar um limite máximo de desmatamento que não causaria interferências prejudiciais na regeneração da floresta. Os resultados mostram que a redução da precipitação é proporcional à quantidade de desmatamento e é mais drástica quando mais do que 40% da extensão original da floresta é desmatada. Além disso, apenas a redução da precipitação simulada não é suficiente para impedir a regeneração da floresta secundária. Entretanto, quando a redução da precipitação é associada com uma deficiência nutricional do solo, um processo de savanização pode ocorrer sobre o norte do Mato Grosso, independente da extensão da área desmatada. Esses resultados são preocupantes, pois essa região tem as mais altas taxas de desmatamento da Amazônia. A baixa resiliência da floresta com deficiência nutricional indica que o norte do Mato Grosso deveria ser o alvo principal de iniciativas para a conservação.

This thesis investigates how the climate feedback and the nutrient feedback interact to regulate the patterns in the regrowth of the Amazon tropical forest after a large-scale deforestation. The study is performed using the fully coupled biosphere-atmosphere model CCM3-IBIS. Initially, the model was validated against observed climate and vegetation dynamics and structure variables. The Amazon climate (annual mean and seasonality) is extremely well simulated for both precipitation and incident solar radiation. Vegetation cover patterns reproduce well the observed patterns. The simulated net primary production and respiration rates are within 5% and 16% of observed data, respectively. The performance of simulated variables that depend on carbon allocation, like net primary production partitioning, leaf area index and biomass, although good on a regional mean, is low when spatial patterns are considered. A better representation of these spatial patterns depends on the understanding of the spatial variation in carbon allocation and its relationship to environmental factors. To evaluate the rainforest regrowth two experiments were done. The first experiment considers different types of nutrient stress and a hypothetical full deforestation. The second experiment considers the most realistic type of nutrient stress and different deforestation scenarios, looking for a threshold of deforestation that could cause dangerous interference on the Amazon recovery. Results show that the reduction in rainfall is proportional to the amount of deforestation and is more drastic when the deforested area is higher than 40% of the original forest extent. In addition, this simulated precipitation reduction alone is not sufficient to prevent the rainforest regrowth. However, when the precipitation reduction is associated with a soil nutrient stress, a savannization process may start over northern Mato Grosso, no matter how much is deforested. This is concerning because this region has the highest clearing rates in Amazonia. The low resilience of the forest under nutrient stress indicates that northern Mato Grosso should be a major target for conservation initiatives.