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Comportamento fenológico e modelagem do desenvolvimento de espécies florestais: clima atual e futuro

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dc.creator FERREIRA, Mábele de Cássia
dc.date.issued 2025-04-04
dc.identifier.citation FERREIRA, Mábele de Cássia. Comportamento fenológico e modelagem do desenvolvimento de espécies florestais: clima atual e futuro. 2025. 243 f. Tese (Doutorado em Meio Ambiente e Recursos Hídricos) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2025. pt_BR
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4297
dc.description.abstract Projected increases in air temperature emerge as the primary constraint for forest species development, particularly during the initial stage when seedlings are most sensitive to thermal variability. Understanding the phenology of the initial development is essential for enhancing resilience strategies in forest nurseries and reforestation programs under future climatic conditions. This thesis addresses this issue through five key aims: I) assess the influence of weather variables and storage duration on seed viability in six forest species—Bauhinia forficata Link, Ceiba speciosa (A.St.-Hil.) Ravenna, Handroanthus chrysotrichus (Mart. ex DC.) Mattos, Handroanthus impetiginosus (Mart. ex DC.) Mattos, Tabebuia rosea (Bertol.) Bertero ex A.DC., and Tabebuia roseoalba (Ridl.) Sandwith—using principal component analysis (Chapter I); II) adapt the BBCH phenological scale to describe the initial development stages of five native species (B. forficata, C. speciosa, H. chrysotrichus, H. impetiginosus, and T. roseoalba) (Chapter II); III) estimate the thermal thresholds and requirements for the initial development of these species (Chapter III); IV) calibrate and evaluate the performance of the Phyllochron (FIL) and Wang & Engel (WE) models in estimating the initial development; and V) identify the impact of projected air temperature increases on the duration of initial development (Chapter IV) and the financial feasibility (Chapter V) of seedling production in forest nurseries. To achieve these aims, seedling emergence tests were performed on seed samples, and field experiments were conducted across fourteen sowing dates from 2022 to 2024 in Itajubá, Brazil. The forest species' seeds were sourced from multiple places and exhibited distinct viability patterns regarding emergence percentage, emergence speed index, mean emergence time and mean emergence rate. H. chrysotrichus, H. impetiginosus, T. rosea, and T. roseoalba seeds were more sensitive to storage duration, decreasing viability proportionally with increased storage time. Weather conditions influenced the physiological maturation and emergence of the studied species, with samples from warmer and drier regions showing higher emergence indices. The first BBCH scale adapted to describe the initial development of the studied species identified two main development stages: 0 (germination) and 1 (leaf development), along with twelve substages (codes 00-09 to 110). The species reached substage 110 (10th visible leaf on the main stem) in approximately 171 to 190 days, with differences in the duration of substages (00 to 110) observed across all species. Estimated thermal thresholds ranged from 10.6 to 12.6°C (base temperature), 20.3 to 21.5°C (optimum), and 41.9 to 43.9°C (maximum). C. speciosa exhibited the lowest thermal requirement for initial development (160.5°C day leaf⁻¹), whereas B. forficata had the highest (224.4°C day leaf⁻¹). The Phyllochron and Wang & Engel models estimated leaf number (NFA) with higher accuracy (error < 1.5 leaves) compared to initial development duration (DDI) (error between 11 and 32 days). The Phyllochron model provided better estimates for C. speciosa and H. chrysotrichus development, while the Wang & Engel model performed better for B. forficata, H. impetiginosus, and T. roseoalba. Lastly, to achieve aim V, the best-performing model (Phyllochron or Wang & Engel) was integrated into 16 General Circulation Models (GCMs) from the NASA Earth Exchange Global Daily Downscaled Projections (NEX-GDDP-CMIP6). Simulations of NFA and DDI were performed for the current period (CA, 1995–2014) and projected for three future periods: near future (NF, 2041–2060), intermediate future (FI, 2061–2080), and far future (FD, 2081–2100), under three Shared Socioeconomic Pathways scenarios (SSP2-4.5, SSP3-7.0, and SSP5-8.5). The financial feasibility of seedling production was analyzed based on the net present value (NPV) of calculated costs for CA, NF, IF, and DF (under the three SSPs). Despite projected air temperature increases (+1.3 to +4.5°C) and heterogeneous development responses (-55 to +24 days), financial feasibility is expected to remain unaffected. Adopting adaptive measures to ensure seedling quality and vigor in the future will increase production costs by ~0.2% to 3.5%. pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Viabilidade de sementes pt_BR
dc.subject Escala fenológica pt_BR
dc.subject Limiares térmicos pt_BR
dc.subject Aparecimento de folhas pt_BR
dc.subject Modelos de desenvolvimento pt_BR
dc.subject Mudanças climáticas pt_BR
dc.subject Viabilidade financeira pt_BR
dc.title Comportamento fenológico e modelagem do desenvolvimento de espécies florestais: clima atual e futuro pt_BR
dc.type Tese pt_BR
dc.date.available 2025-11-03
dc.date.available 2025-11-03T11:42:24Z
dc.date.accessioned 2025-11-03T11:42:24Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/8178305813586212 pt_BR
dc.contributor.advisor1 MARTINS, Fabrina Bolzan
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/5953158811160883 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 ABREU, Marcel Carvalho
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/1077971257668024 pt_BR
dc.description.resumo Aumentos de temperatura do ar projetados para ocorrerem ao longo do século XXI emergem como um dos principais fatores limitantes para o desenvolvimento de espécies florestais, especialmente no estágio inicial, quando as plântulas são mais sensíveis à variabilidade térmica. Compreender a fenologia do desenvolvimento inicial dessas espécies é essencial para aprimorar estratégias de resiliência para viveiros florestais e programas de reflorestamento no clima futuro. Esta tese aborda essa questão por meio de cinco objetivos: I) analisar a influência de variáveis meteorológicas e armazenamento sobre a viabilidade das sementes de seis espécies florestais - Bauhinia forficata Link, Ceiba speciosa (A.St.-Hil.) Ravenna, Handroanthus chrysotrichus (Mart. ex DC.) Mattos, Handroanthus impetiginosus (Mart. ex DC.) Mattos, Tabebuia rosea (Bertol.) Bertero ex A.DC. e Tabebuia roseoalba (Ridl.) Sandwith) - por meio da análise de componentes principais (Capítulo I); II) adaptar a escala fenológica BBCH para descrever o desenvolvimento inicial para cinco espécies nativas (B. forficata, C. speciosa, H. chrysotrichus, H. impetiginosus, e T. roseoalba) (Capítulo II); III) estimar os limiares e o requerimento térmico para o desenvolvimento inicial dessas espécies (Capítulo III); IV) calibrar e avaliar o desempenho dos modelos de desenvolvimento Filocrono (FIL) e Wang e Engel (WE) em estimar o desenvolvimento inicial das cinco espécies; e V) identificar os impactos dos aumentos da temperatura do ar projetados na duração do desenvolvimento inicial (Capítulo IV) e na viabilidade financeira (Capítulo V) para a produção de mudas das cinco espécies no viveiro florestal. Para atingir os cinco objetivos, foram realizados testes de emergência nas amostras de sementes utilizadas e conduzidos experimentos a campo ao longo de quatorze datas de semeadura no período de 2022 a 2024 em Itajubá. As sementes das espécies florestais estudadas foram provenientes de múltiplas datas de semeadura e apresentaram padrões distintos de viabilidade em termos de porcentagem de emergência, índice de velocidade de emergência, tempo médio de emergência e velocidade média de emergência. As sementes de H. chrysotrichus, H. impetiginosus, T. rosea e T. roseoalba são mais sensíveis ao tempo de armazenamento, com redução da viabilidade proporcional ao aumento do tempo de armazenamento. As condições meteorológicas influenciam a maturação fisiológica e emergência das sementes das espécies estudadas, sendo que amostras provenientes das regiões mais quentes e secas apresentaram melhores índices de emergência. A primeira escala BBCH adaptada para descrever o desenvolvimento inicial das espécies estudadas identificou dois estágios de desenvolvimento principais: 0 (germinação) e 1 (desenvolvimento foliar) e doze subestágios (códigos 00-09 a 110). As espécies atingiram o subestágio 110 (10ª folha visível no caule principal) em ~ 171 a 190 dias, havendo diferenças na duração dos subestágios (00 a 110) em todas as espécies. Os limiares térmicos estimados para as cinco espécies variaram entre 10,6 e 12,6 ºC (temperatura base), de 20,3 a 21,5 ºC (ótima) e de 41,9 a 43,9 ºC (superior). A C. speciosa possui menor exigência térmica para se desenvolver durante o estágio inicial (160,5 ºC dia folha-1) enquanto a B. forficata maior exigência (224,4 ºC dia folha-1). Os modelos Filocrono e Wang e Engel estimaram com maior precisão o desenvolvimento inicial em termos do número de folhas (NFA) (erro < 1,5 folhas) comparado a duração do desenvolvimento inicial (DDI) (erro entre 11 a 32 dias). O filocrono foi melhor para descrever o desenvolvimento das espécies C. speciosa e H. chrysotrichus, e o Wang e Engel foi superior para as B. forficata, H. impetiginosus e T. roseoalba. Por fim, para atender o objetivo V, o melhor modelo de desenvolvimento (FIL ou WE) foi alimentado com as saídas de 16 Modelos de Circulação Geral (MCGs) do NASA Earth Exchange Global Daily Downscaled Projections (NEX-GDDP) da nova geração do Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6). Foram realizadas simulações do desenvolvimento, em termos de NFA e DDI, para o clima atual (CA, 1995-2014) e projeções para três períodos futuros: futuro próximo (FP, 2041-2060), futuro intermediário (FI, 2061-2080) e futuro distante (FD, 2081-2100), em 3 cenários socioeconômicos (SSP2-4.5, SSP3-7.0 e SSP5-8.5). A viabilidade financeira para produção de mudas foi analisada pelo valor presente líquido (VPL) dos custos calculados para o CA, FP, FI e FD (nos 3 SSPs). Apesar dos aumentos projetados na temperatura do ar (entre +1,3 e +4,5 ºC) e tendências heterogêneas no desenvolvimento das espécies (-55 a +24 dias), a viabilidade financeira será pouco impactada. A adoção de medidas adaptativas para garantir a qualidade e o vigor das mudas no futuro irá aumentar os custos da produção de mudas de ~ 0,2% a 3,5%. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IRN - Instituto de Recursos Naturais pt_BR
dc.publisher.program PPG - Programas de Pós Graduação - Itajubá pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITÁRIA::RECURSOS HÍDRICOS pt_BR


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