Da análise empírica à simulação espacial: modelagem da dinâmica e crescimento compensatório em povoamentos florestais

Abstract

Esta dissertação tem como objetivo compreender a dinâmica espaço-temporal da competição e do crescimento compensatório em plantios clonais de Eucalyptus e Corymbia, partindo do pressuposto de que a mortalidade atua como um evento de redistribuição de recursos. O trabalho se propõe a avaliar como a mortalidade adjacentes altera as trajetórias de crescimento das árvores remanescentes, isolar a capacidade produtiva do macroambiente e transpor esse conhecimento biométrico para o desenvolvimento de um simulador web espacialmente explícito. A pesquisa foi estruturada em dois capítulos interdependentes. O primeiro consiste em uma análise empírica baseada em dados de inventário florestal contínuo, englobando a avaliação da dinâmica estrutural por meio de distribuições de frequência (histogramas) e o ajuste de trajetórias médias para o diâmetro, a altura e o volume pelo modelo log-linearizado de Schumacher, aliados à modelagem da competição mediante regressão espacial não paramétrica (LOESS), formulação de um Fator de Liberação Espaço-Temporal (FLET) e Modelos Lineares de Efeitos Mistos (LMM).Os resultados evidenciam que o crescimento compensatório possui uma divergência alométrica, priorizando o incremento em diâmetro, enquanto o crescimento em altura permanece pouco alterado. Além disso, comprovou-se que a capacidade de crescimento secundário é restrita aos indivíduos dos estratos dominantes e condicionada pela capacidade produtiva do sítio. O segundo capítulo corresponde ao desenvolvimento e validação do ForestSIM, um simulador florestal dinâmico estruturado em nuvem. Foram utilizados o Índice de Pressão de Vizinhança (IPV), algoritmos de otimização matemática e simulações estocásticas de Monte Carlo para avaliar múltiplos cenários de distúrbio. Os resultados demonstram que o sistema transpõe com êxito o crescimento compensatório do nível local (árvore individual) para a escala de área, permitindo quantificar a resiliência produtiva do povoamento frente a diferentes cenários de mortalidade. Evidenciou-se que a resiliência produtiva da floresta é governada pela intensidade, idade de ocorrência e distribuição espacial dos distúrbios. O simulador atestou que perdas precoces de até 10% são quase totalmente amortecidas pelo povoamento. Em contrapartida, falhas com dispersão agregada (reboleiras) ou mortalidade de fase tardia anulam a compensação e comprometem o rendimento muito mais do que perdas aleatórias de mesma magnitude. De modo geral, os achados reforçam a necessidade de abordagens dependentes da distância e entregam aos gestores uma ferramenta preditiva focada em avaliar a capacidade de amortecimento do povoamento, subsidiando o manejo de riscos e a silvicultura de precisão. Palavras-chave: crescimento compensatório; competição intraespecífica; mortalidade regular; Fator de Liberação Espaço-Temporal; modelos lineares de efeitos mistosThis dissertation aims to understand the spatiotemporal dynamics of competition and compensatory growth in Eucalyptus and Corymbia clonal plantations, based on the assumption that mortality acts as a resource redistribution event. The study proposes to evaluate how adjacent mortality alters the growth trajectories of the remaining trees, isolate the productive capacity of the macroenvironment, and transpose this biometric knowledge into the development of a spatially explicit web simulator. The research was structured into two interdependent chapters. The first consists of an empirical analysis based on continuous forest inventory data, encompassing the evaluation of structural dynamics through frequency distributions (histograms) and the fitting of average trajectories for diameter, height, and volume using the loglinearized Schumacher model. This was combined with competition modeling through nonparametric spatial regression (LOESS), the formulation of a Spatiotemporal Release Factor (FLET), and Linear Mixed Effects Models (LMM). The results show that compensatory growth exhibits an allometric divergence, prioritizing diameter increment, while height growth remains largely unchanged. Furthermore, it was proven that the capacity for secondary growth is restricted to individuals in the dominant strata and conditioned by the productive capacity of the site. The second chapter corresponds to the development and validation of ForestSIM, a cloud based dynamic forest simulator. The Neighborhood Pressure Index (NPI), mathematical optimization algorithms, and stochastic Monte Carlo simulations were used to evaluate multiple disturbance scenarios. The results demonstrate that the system successfully transposes compensatory growth from the local level (individual tree) to the area scale, allowing the quantification of the stand's productive resilience in the face of different mortality scenarios. It was evidenced that the productive resilience of the forest is governed by the intensity, age of occurrence, and spatial distribution of the disturbances. The simulator attested that early losses of up to 10% are almost entirely buffered by the stand. In contrast, gaps with aggregated dispersion (patches) or late stage mortality nullify the compensation and compromise the yield much more than random losses of the same magnitude. Overall, the findings reinforce the need for distance dependent approaches and provide managers with a predictive tool focused on evaluating the stand's buffering capacity, supporting risk management and precision forestry. Keywords: compensatory growth; intraspecific competition; regular mortality; Spatiotemporal Release Factor; linear mixed-effects models