KOPIDE：长白山北坡阔叶红松林生长与演替的计算机模型

由于森林生态系统的复杂性，过去常用统计回归模型模拟它的各种动态现象。但这样的模型不能揭示森林生态系统的内在规律，故可称之为“黑箱”模型。随着对森林生态系统认识的加深，以及电子计算机技术的广泛应用，用来模仿森林生态系统内在结构与功能规律的各种计算机模型得到了极大发展，从而产生一些不同“灰化”程度的森林动态“仿真”模型。本文建立的阔叶红松林生长与演替计算模型（DOPIDE）就属于这样的“灰箱”模型。KOPIDE（for KOrean PIne'DEciduous mixed forests）是在JABOWA（Botkin, 1972）和FORET（Shugart等，1977）两个模型的基础上建立的，它们都可称为GAP模型。KOPIDE模型共涉及八个树种：红松（Pinus koraiensis）、水曲柳（Fraxinus mandshurica）、紫椴（Tilia amurensis）、春榆（Ulmus japonica）、蒙古柞（Quercus mongolica）、色木（Acer mono）、白桦（Betula platyphylla）、以及山杨（Populus davidiana）。建立该模型的理论基础是森林演替的林窗（CAP）动态理论，它以一年的步长模拟了样地里每株树木的整个生长发育过成（即更新、生长和枯死）。虽然KOPIDE是JABOWA和FORET的直接效仿模型，但它的模拟针对性较强，在模型的结构上有了很大改进。它的运行结果表明，KOPIDE模型在树种生物学特性的描写上、在阔叶红松林动态规律的模拟上、以及在择伐生长的预测上都有较好的可靠性，可用来揭示阔叶红松林长时期的更新、生长和演替规律与特征，也可模拟阔叶红松林的各种经营方式，为决策人提供预测性结果，以供参考。经过KOPIDE模型的反复运行与调试，发现各树种在更新、枯死与林窗大小的关系上很不相同。根据这种现象，可将树种划分为四类：1、在较大的林窗下更新，枯死后不产生大林窗；2、更新不需要林窗，死亡后产生的林窗较大；3、更新需要林窗条件，枯死后不产生林窗；4、不在林窗下更新，死亡后也不产生林窗。尽管这样的建有点绝对化和简单化，但从中可以得出几类树种之间复杂的相互关系网。由此把复杂森林生态系统大范围的动态变化过程视为组成其许多同质或异质小林地单元的动态相嵌。林地单元的同质性，决定了它们动态变化的同步性，从而导致整个林分动态的突性或不稳定性；而林地单元的异质性是决定森林生态系统稳定性的关键性因素。这从另一角度为在东北东部山地和发展阔叶红松林提供了较有说服力的理论基础。

川西亚高山森林生态系统辐射传输研究

辐射传输研究是贯穿森林生态系统的纽带，太阳辐射为植物的生长发育提供光合能量、适宜的环境温度以及发育信息。一方面，气候变化使到达地面辐射能的质和量发生变化，影响到植被的生长发育，改变森林的结构，而森林结构的变化又会影响林冠内辐射能的分配和质量，这些变化会进一步影响到林下土壤温度，改变森林根系活性以及土壤营养转化的效率；连锁反应的结果有可能会使森林生态系统的生产力发生变化，改变碳素和氮素源库的调节方向，从而反馈影响地球气候系统。另一方面，人类作为生态系统的成员，必然需要森林生态系统为其提供更多的原材料和更好的生态服务功能，如何实现这些目标，就需要人类适度调整干预方式和频度，达到预期的目的。本文在建立适合于川西亚高山森林的叶面积测量技术、光照辐射模型和土壤温度变化模型的基础上，对川西亚高山地带森林生态系统的辐射传输特征进行了分析，并从森林结构的角度探讨了林分内的辐射分布以及对土壤温度的影响。主要成果如下： 1. 提出了一种照相法测量叶面积的方法。通过对摆放在平面上的叶片照相，利用投影变化，把非正射图像转化为正射图像，然后经过计算机图像处理得到每一片叶片的面积、周长、长度、宽度等信息。这种方法可使用户以任意方向和距离拍摄处于平面上的叶片，能同时处理大量的叶片，适于野外离体或活体叶片测量。叶片面积分辨率可调，分辨率可以与常用的激光叶面积仪相近甚至更高，而且叶片图像可以存档查询。 2. 提出一种模拟林内光照变化的模型。利用林冠半球照片，记录视点以上半球内的林冠构件空间分布，作为林冠子模型；天空辐射子模型采用国际照明委员会(CIE)的标准晴天和阴天以及插值模型。该模型能够模拟林下某一位点处的实时光斑变化。 3. 提出一种土壤温度变化模型。把土壤视为具有容量和阻力性质的结构，利用电阻和电容器件构建土壤能量分布模型。外界太阳辐射能经过植被以及其它一些能量分配器后进入土壤，其中有一部分转化为土壤势能，即土壤温度。土壤温度的变化类似于电池的充放电过程。在已知模型参数的情况下，可以从太阳辐射计算土壤温度的变化。在模型参数未知的情况下，通过输入和输出值推算模型的参数，而模型参数中的时间常数与土壤组成和含水量有关，这样就可以知道土壤水分的变化情况。 4. 从王朗亚高山森林典型样地林分结构的测量获得林地三维结构图、树冠形态、叶面积密度等参数，这些参数输入到Brunner (1998)开发的tRAYci 模型中计算出一段时间内林分任意位置处的光照值。与林下辐射计测量值以及半球照片计算结果的比较，该模型基本上能够满足对林分光环境了解的要求。 5. 从川西亚高山森林生产力的角度，探讨了森林生产力研究的方法以及川西地区的研究历史和成果，发现了其中的一些规律和问题，特别是在叶面积测量上，还没有使用标准的叶面积指数定义。综合来看，川西地区针叶林叶面积指数(单位土地面积上植物冠层总叶面积的一半) 应在4-5 之间。降雨丰富的华西雨屏带是川西地区森林生产力最高的地区，而向西北森林生产力逐渐降低。川西地区云冷杉林森林生产力平均约为600 gDM m-2 a-1，但是根据辐射能计算的潜在生产力则达到1800 gDM m-2 a-1。实际与潜在森林生产力的巨大差异说明其它因子对生产力的影响。 6. 王朗亚高山3 个典型森林林分中，白桦林样地(BF) 林下草本以糙野青茅、牛至、紫菀等喜阳性物种为主，林下透光度较高；冷杉林样地(FF) 林下透光度最低，以喜阴性物种水金凤、蟹甲草、囊瓣芹等为主；而云杉林样地(SF)林分林龄最大，林下透光度介于冷杉林和白桦林之间，草本层仍然以喜阴性物种东方草莓、紫花碎米芥、酢浆草等为主。冷杉林和云杉林的灌木层也很丰富，卫矛属、五加属、茶藨子属、忍冬属植物很丰富，而在白桦林则以栒摘要子属、榛子属、鹅耳枥属等植物为主。藓类植物在云杉林中最丰富，并且形成毯状层，其它两个林分则很稀少。3 个样地林分结构与林下光环境有很强的相关性，从光环境特征可以在一定程度上推测林分的结构。各样地单纯从乔木层材积推算的NPP 排列顺序为BF>FF>SF，与林下辐射透射率和林分年龄的顺序相同，暗示辐射对群落演替过程的驱动作用。 7. 用半球照相法测得BF、FF 和SF 3 个样地的有效叶面积指数以SF 样地最高，BF 最低。如果考虑针叶树叶片在小枝上的丛聚分布，利用北方针叶林的数值进行校正，则SF 样地LAI 显著增加(达到89%)，其它样地的LAI 基本不变甚至有所下降。校正后的数值与文献中地面测量的结果较相近，说明在使用半球照相法测量川西亚高山针叶林LAI 时必须加以校正。 8. 在3 个样地中，白桦、岷江冷杉和方枝柏种群为丛聚分布，紫果云杉在FF和SF 样地中基本上为随机分布。3 个物种出现丛聚分布的最短距离约为2m，在最短距离以内则为随机分布。最短距离可能与树冠大小有关，种子传播特征以及对光照的需求状况可能是造成这种分布格局类型的原因。 Radiative transfer plays a key role in forest ecosystems. Solar radiation providesenergy for photosynthesis, appropriate ambient temperature and development informationfor plants. However, quality and quantity of radiation reaching land surface are affected byweather and subsequently influence the growth and development of plants, which in turnchanges the budget of radiation in forest. Soil temperature changes with the variation ofradiation under forest canopy and influences the activity of roots and rate of nutrientturnover. Thus, any changes of radiation will induce chain reactions in the entireecosystem and display in the value of net primary productivity which will possibly shiftthe relationship between carbon source and sink at local or regional scale and feed back tothe global climate system. On the other hand, as a component of ecosystems, humanbeings of course need to demand more materials and better service from ecosystems. Forthese purpose, man must adapt their pattern and frequency of interference to ecosystems.This paper aims to research on the canopy structure, the radiation distribution and theirinfluence on soil temperature from the process of radiative transfer in subalpine forestecosystem of western Sichuan. The main results are: 1 Present a new photogrammetric method for leaf area. The main idea is to convertnon-vertically taken images of planar leaves to orthoimages through projectivetransformation. The resultant images are used to get leaf morphological parametersthrough image processing. This method enables users to take photos at almost anyorientation and distance if only the leaves are placed on same plane, and to processlarge quantity of leaves in a short time, which is suitable for field measurement. Theresolution of leaf area is adjustable to fit for special requirement. 2 A model using hemispherical photos combining with solar tracks and radiation courseis provided to simulate light variation in forest. The hemispherical photos of canopyrecord the real spatial distribution of each element of plants viewed from a point. Skyradiance is simulated with CIE standard clear sky or cloudy sky model. This modelcan be used to simulate real time light variation under canopy. 3 Present a soil temperature model. Soil could be regarded as a body of resistor andcapacitor. Some of the budget of solar radiation in soil body is transformed into soilpotential energy, the soil temperature. Variation of soil temperature is driven by solarradiation, vegetation, soil properties, etc. This model has two parameters, one of whichis time constant and is related to soil water content. The inversed model can be used tosimulate the variation of soil water. 4 By using model tRAYci developed by Brunner (1998), the 3-D distribution of light inthree subalpine forest stands of Wanglang Nature Reserve has been simulated andvalidated with value of radiometers in these stands. This model can basically satisfythe need for understanding light regimes of these stands. 5 Present some principles and questions of NPP (net primary of productivity) researchesin western Sichuan. The standard leaf area index (LAI) defined by Chen and Black(1997) has not been used in this region. Total leaf area and projected leaf area indexare still used in NPP researches which may differ around 1-fold in magnitude. Thestandard LAI which is a half of total leaf area above unit land area should be between4 and 5 for typical subalpine coniferous forest of western Sichuan concluded fromliteratures. The maximum forest NPP occurs in West China rain belt and decreasesnorthwestwards. Average NPP of spruce-fir forest in western Sichuan is about600gDM m-2 a-1, which is below the potential NPP of 1800gDM m-2 a-1 based onmeasured radiation in this region. The significant difference between potential and realNPP suggests that other factors influence the growth of stands. 6 In the three subalpine forest stands of Wanglang Nature Reserve, herbage layer ofAbstractbirch stand (BF) with age of 40 is dominated by heliophytes of Deyeuxia scabrescens,Origanum vulgare, Aster tongoloa etc.. However, both of the other two stands aredominated by shade tolerent species, such as Impatiens noli-tangere, Impatiensdicentra, Cacalia deltophylla and Pternopetalum tanakae etc. in fir stand (FF) withage of 180 and Fragaria orientalis, Cardamine tangutorum and Oxalis corniculata etc.in spruce stand (SF) with age of 330. Shrub species in the latter two stands arerelatively rich, typical dominant genera being Euonymus, Acanthopanax, Ribes andLonicera. Birch stand has relatively sparse shrubs dominated by genera of Cotoneaster,Corylus and Carpinus. Mosses are significant only in spruce stand. The canopystructure controls the light regime of stand, which influence the composition of herblayers beneath the canopy. This light regime-community structure relationship can beused to infer the herb community from canopy structure. The NPP derived from timbervolume of arbor layer of the three stands decreases from BF to SF, which is in thesame order of transmitted total radiation under canopy and age of these stands,suggesting the driving effect of radiation in the succession of community. 7 The highest effective LAI of the three stands obtained by hemispherical photos is inplot SF and lowest in plot BF. After rectification of the clumping effect of leaves onshoot, the real LAI in plot SF increases significantly (89%) and approximate to theaverage LAI of coniferous forest in western Sichuan. Therefore, the LAI obtainedfrom hemispherical photos needs rectification for clumping effect. 8 Spatial distribution pattern for Betula platyphylla, Abies faxoniana and Sabinasaltuaria is clumpy, but Picea purpurea almost random in plot FF and SF. The shortestdistance for clumpy distribution for Betula platyphylla and Sabina saltuaria is 1.5m,and 2m for Abies faxoniana. And random pattern for these trees is exhibited within thisrange which almost coincides with the diameter of crown. Seed dispersalcharacteristics and light requirement may be the reason for different spatial pattern.

黄龙世界自然遗产地岷江冷杉原始林群落结构与植物多样性：生境差异性研究

黄龙世界自然遗产地岷江冷杉林(Abies faxoniana)生境类型多样，群落结构复杂，群落植物种类组成多样性丰富。揭示不同生境的生物多样性及其差异是认识生物多样性格局、形成及维持机制的前提和进行多样性保育的基础。本文采用样方法对黄龙钙化滩生境、阴坡非钙化生境及半阳坡非钙化生境的岷江冷杉原始林植物群落结构及植物多样性进行了研究。结果表明： 黄龙岷江冷杉林具有明显的复层异龄结构，垂直结构明显，乔木、灌木、草本、苔藓层次分明。共发现高等植物386 种，其中维管植物46 科103 属163 种，苔藓植38 科83 属物223 种。各层片结构及物种组成如下: (1)钙化滩生境、阴坡非钙化生境、半阳坡非钙化生境分别发现乔木18 种、13种、8 种。乔木层均可分为两个亚层，第一亚层优势种均为岷江冷杉，第二亚层主要为岷江冷杉异龄树或其它大高位芽物种。钙化滩生境第一亚层除优势种岷江冷杉外混生有巴山冷杉(Abies fargesii)、粗枝云杉(Picea asperata)以及阔叶树种白桦(Betula platyphylla)等，第二亚层主要为岷江冷杉异龄树；阴坡非钙化生境第一亚层除优势种岷江冷杉外间有巴山冷杉和白桦，第二亚层物种主要为川滇长尾槭(Acer caudatum var. prattii)；半阳坡非钙化生境第一亚层除优势种岷江冷杉外混生有巴山冷杉，第二亚层主要为岷江冷杉异龄树。依乔木层优势种的差异，钙化滩生境及半阳坡非钙化生境为岷江冷杉纯林，阴坡非钙化生境为岷江冷杉－川滇长尾槭混交林。不同生境乔木层郁闭度、乔木密度、树高结构、直径结构均存在差异。 (2)钙化滩生境发现灌木41 种，平均盖度为18.49±1.72(％)，平均高度为52.12±4.45(cm)，优势种为直穗小檗(Berberis dasystachya)；阴坡非钙化生境发现灌木30 种，平均盖度为29.33±2.56 (％)，平均高度为119.55±8.01 (cm)，优势种为箭竹 (Fargesia spathacea) 、唐古特忍冬(Lonicera tangutica) 和袋花忍冬(Lonicera saccata)；半阳坡非钙化生境发现灌木29 种，平均盖度为31.35±1.93 (％)，平均高度为107.55±4.24 (cm)，优势种为箭竹(Fargesia spathacea)。不同生境灌木层结构和物种组成多样性差异显著，钙化滩生境的灌木盖度、高度总体上较非钙化的坡地生境低, 钙化滩生境灌木以小型叶的落叶灌木为主，沟两侧非钙化的坡地生境上则发育了丰富箭竹。 (3)钙化滩生境发现草本46 种，平均盖度为7.18±0.79 (％)，平均高度为5.04±0.26(cm)，以山酢浆草(Oxalis griffithii)为优势种；阴坡非钙化生境发现草本物种71 种，平均盖度达29.04±2.31(％)，平均高度为9.08±0.52(cm)，以钝叶楼梯草(Elatostema obtusum)、山酢浆草为优势种；半阳坡非钙化生境草本物种50 种，平均盖度为以8.79±0.82(％)，平均高度为7.67±0.43 (cm)，以扇叶铁线蕨(Adiantum flabellulatum)、双花堇菜(Viola biflora)、华中蛾眉蕨(Lunathyrium shennongense)、山酢浆草为优势种。阴坡非钙化生境草本层片发育良好，多样性最为丰富，盖度和物种丰富度均显著高于钙化滩生境和半阳坡非钙化生境。 (4)钙化滩生境发现苔藓物种140 种，平均盖度达84.25±1.30 (％)，以仰叶星塔藓(Hylocomiastrum umbratum) 等大型藓类为优势种；阴坡非钙化生境发现苔藓物种115 种，平均盖度为79.29±1.64 (％)，以刺叶提灯藓(Mnium spinosum)、大羽藓(Thuidium cymbifolium)、毛尖燕尾藓(Bryhnia trichomitra)等个体较小的物种为优势种；半阳坡非钙化生境发现苔藓物种91 种，平均盖度为60.64±1.93 (％)，也以刺叶提灯藓为优势种。 (5)钙化滩生境、阴坡非钙化生境、半阳坡非钙化生境的物种数分别为234 种、221 种、175 种。乔木层的Shannon-Wiener 指数分别为0.75 ±0.12、1.87±0.12、1.78±0.07（灌木层，0.44±0.08、1.71± 0.15、2.49±0.06；草本层，0.33±0.13、1.31±0.15 、2.15±0.08； 苔藓层1.30±0.11、2.08±0.04、1.73±0.11，）；Pielou 均匀度指数分别为0.45±0.05、0.29±0.06、0.28±0.08（灌木层，0.75±0.03、0.68±0.05、0.52±0.06；草本层，0.68±0.02、0.77±0.02、0.74±0.02；苔藓层，0.40±0.03、0.63±0.02、0.52±0.03）；Simpson's 优势度指数分别为0.63±0.06、0.78±0.04、0.83±0.07（灌木层，0.21±0.03、0.28±0.05、0.45±0.06；草本层，0.25±0.02、0.12±0.01、0.17±0.01；苔藓层，0.45±0.04、0.18±0.01、0.31±0.04）。三种生境间乔木层、草本层的Sorenson 群落相似性系数较低, 灌木层、苔藓层的的Sorenson 群落相似性系数较高。 综上所述，黄龙岷江冷杉林的群落结构、植物多样性在三种生境间存在差异性，这将意味着我们在进行黄龙世界自然遗产地的森林经营管理时要较多地关注岷江冷山林群落在不同生境中的差异性。 There were multiplex habitat types, complicated community structure and abundant species composition in the Huanglong World Natural Heritage Site. Uncovering the differences of biodiversity among different habitats was a precondition to understand the distribution, formation and sustaining mechanism of the biodiversity, and the foundation of biodiversity conservation. In the present study, using plenty of quadrants, we investigated the community structure and the biodiversity of the primitive Abies faxoniana forest in different habitats (travertine bottomland, semi-sunny-slope non-calcified habitat and shady-slope non-calcified habitat) in the Huanglong World Natural Heritage Site. The main results are as follows: All the primitive Abies faxoniana forests in the three habitats were uneven-aged with obvious vertical structure including tree layer, shrub layer, herb layer and bryophyte layer. A total of 386 higher plants including 163 vascular plant species (103 generic, 46 families) and 223 bryophyte species (83 generic, 38 families) were investigated. The structure and species composition of each layer are as follows: (1) There were 18, 13 and 8 tree species in travertine bottomland, shady-slope non-calcified habitat and semi-sunny-slope non-calcified habitat, respectively. The tree layers in all habitats can be divided into two clear sub-layers. The upper tree layers were dominated by Abies faxoniana, and the lower tree layers were dominated by uneven-aged Abies faxoniana or other phanerophytes species. There were Abies fargesii , Picea asperata and Betula platyphylla besides the dominated species (Abies faxoniana) in the upper tree layer in travertine bottomland, and the lower tree layers were dominated by uneven-aged Abies faxoniana; There were Abies fargesii and Betula platyphylla besides the dominated species (Abies faxoniana) in the upper tree layer in shady-slope non-calcified habitat, and the lower tree layers were dominated by Acer caudatum var. prattii; There was Abies fargesii besides the dominated species (Abies faxoniana) in the upper tree layer semi-sunny-slope non-calcified habitat, and the lower tree layers were dominated by uneven-aged Abies faxoniana. According to composition percentage of dominate species in tree layer, both the forest in travertine bottomland and in semi-sunny-slope non-calcified habitat could be ranked as pure forest, and the forest in shady-slope non-calcified habitat could be ranked as mingled forest. There were significant differences in crown density, plant density, height structure and diameter structure among the three habitats. (2) A total of 41 shrub species (average coverage 18.49±1.72％; average height 52.12±4.45 ㎝)were found in travertine bottomland, and the dominate species was Berberis dasystachya; A total of 30 shrub species (average coverage 29.33±2.56 ％;average height 119.55±8.01 ㎝)were found in shady-slope non-calcified habitat, and the dominate species was Fargesia spathacea, Lonicera tangutica and Lonicera saccata. A total of 29 shrub species (average coverage 31.35±1.93％; average height 107.55±4.24 ㎝) were found in semi-sunny-slope non-calcified habitat, and the dominate species was Fargesia spathacea. There were significant differences in structure and species diversity of the shrub layers among the three habitats. The coverage and height of shrub had lower value in travertine bottomland than in two non-calcified habitats. Moreover, travertine bottomland was dominated by deciduous shrub species with microphyll and non-calcified habitats developed abundant Fargesia spathacea species. (3) A total of 46 herb species (average coverage 7.18±0.79％;average height 5.04±0.26 ㎝)were found in travertine bottomland, and the dominate species was Oxalis griffithii; A total of 71 herb species (average coverage 29.04±2.31％;average height 9.08±0.52 ㎝)were found in shady-slope non-calcified habitat, and the dominate species was Elatostema obtusum and Oxalis griffithii. A total of 50 herb species (average coverage 8.79±0.82％;average height 7.67±0.43 ㎝) were found in semi-sunny-slope non-calcified habitat, and the dominate species was Adiantum flabellulatum, Viola biflora, Lunathyrium shennongense and Oxalis griffithii. Herb layers developed well in shady-slope non-calcified habitat and had the higher species richness and coverage than travertine bottomland and semi-sunny-slope non-calcified habitat. (4) A total of 140 bryophyte species (average coverage 84.25±1.30％)were found in travertine bottomland, and the dominate species was big bryophyte species such as Hylocomiastrum umbratum and so on; A total of 115 bryophyte species (average coverage 79.29±1.64％)were found in shady-slope non-calcified habitat, and the dominate species was small bryophyte species such as Mnium spinosum, Thuidium cymbifolium, Bryhnia trichomitra and so on. A total of 91 bryophyte species (average coverage 60.64±1.93％) were found in semi-sunny-slope non-calcified habitat, and the dominate species was Mnium spinosum. (5) There were 234, 221 and 175 plant species in travertine bottomland, shady-slope non-calcified habitat and semi-sunny-slope non-calcified habitat, respectively. Shannon-Wiener index of the tree layer was 0.75 ±0.12, 1.87±0.12 and 1.78±0.07 (the shrub layer, 0.44±0.08, 1.71± 0.15 and 2.49±0.06; the herb layer, 0.33±0.13, 1.31±0.15 and 2.15±0.08; the bryophyte layer, 1.30±0.11, 2.08±0.04 and 1.73±0.11.) for the three habitats, respectively; Pielou index of the tree layer was 0.45±0.05, 0.29±0.06 and 0.28±0.08 (the shrub layer, 0.75±0.03, 0.68±0.05 and 0.52±0.06; the herb layer, 0.68±0.02, 0.77±0.02 and 0.74±0.02; the bryophyte layer, 0.40±0.03, 0.63±0.02 and 0.52±0.03.) for the three habitats, respectively. Simpson's index of the tree layer was 0.63±0.06, 0.78±0.04 and 0.83±0.07 (the shrub layer, 0.21±0.03、0.28±0.05、0.45±0.06; the herb layer, 0.25±0.02, 0.12±0.01 and 0.17±0.01; the bryophyte layer, 0.45±0.04, 0.18±0.01 and 0.31±0.04.) for the three habitats, respectively. There were low Sorenson index both in the tree layer and in the herb layer among the three habitats, whereas, high Sorenson index occurred both in the shrub layer and in the bryophyte layer. To sum up, there were differences both in community structure and plant diversity among the three different habitats, which means that we should pay more attention to habitats heterogeneities of the primitive Abies faxoniana forest when we take action to manage the forest in the Huanglong World Natural Heritage Site.

长白山次生杨桦林样地:物种组成与群落结构

长白山次生杨桦林是该地区阔叶红松林经皆伐和火烧等破坏后恢复形成的主要次生林类型之一,是阔叶红松林次生演替系列中的重要阶段。参照巴拿马巴洛科罗拉多岛(Barro Colorado Island,BCI)50hm2热带雨林样地的技术规范,于2005年在长白山北坡的自然保护区内建立了一块5hm2的次生杨桦林长期监测样地,对样地内所有胸径≥1cm的木本植物进行了详细的定位调查。对样地的物种组成与群落结构的分析表明:次生杨桦林样地物种组成丰富,共包括16科28属44种;区系特征明显,北温带成分占主要部分;样地内被监测的树木个体数为20101,不包括分枝的独立个体数为16565;优势树种明显,从个体数、平均胸径、胸高断面积和重要值等分析来看,演替先锋树种白桦(Betula platyphylla)和山杨(Populus davidiana)在群落中占有绝对优势地位,但从径级结构来看,它们的更新却非常差,随着演替的进展,这些先锋树种将逐渐走向衰亡;阔叶红松林中的主要树种如红松(Pinusko-raiensis)和紫椴(Tilia amurensis)等已经在次生杨桦林中占有了一定的比例,林下更新良好,逐渐进入林冠层并最终取代杨桦等成为该森林的优势种;从物种的空间分布格局来看,演替先锋树种和阔叶红松林中的主要树种并没有表现出明显的聚集性分布格局,而其它的小乔木和灌木树种则表现出明显的聚集性分布格局,但与地形并没有表现出明显的相关性,相关结论还需要进一步分析。

黄土丘陵区油松人工林和白桦天然林细根垂直分布及其与土壤养分的关系

在黄土高原子午岭林区,对油松人工林、白桦天然林细根生物量、比根长、根长密度和细根表面积的垂直分布特征,以及这些根系指标与土壤水分、土壤容重、氮素和有机质的关系进行了研究。结果表明,油松人工林细根生物量随土壤深度增加呈单峰曲线,白桦林细根生物量随土壤深度增加呈减少趋势;油松林大部分根系生物量集中分布在0—40 cm土层中,其中0—20 cm土层占37%以上,20—40 cm集中了41%以上;表层土壤(0—20 cm)具有较高的比根长、根长密度和细根表面积,而底层(40—60 cm)的比根长、根长密度和细根表面积最低。油松林土壤全氮和有机质含量垂直变化趋势相似,随土壤深度的增加而降低;硝态氮(NO3--N)均随土壤深度的增加呈单峰曲线变化趋势,而铵态氮(NH4+-N)随土壤深度增加呈先降低后增加的抛物线趋势。白桦林75%的细根生物量集中在0—20 cm土层,比根长、根长密度和细根表面积的垂直分布规律与油松林相似,表层土壤白桦林细根表面积是油松人工林的3.91倍,而20—40 cm土层白桦林细根表面积比油松人工林降低了33%。白桦林土壤全氮、有机质含量、NO3--N和NH4+-N垂直变化趋势与油松林相似。土壤水分、...

子午岭林区白桦-辽东栎混交林光合生理生态特征研究

对黄土高原子午岭次生林区白桦林、辽东栎林和白桦-辽东栎混交林3种林分的土壤物理特性和叶片光合特性进行了研究。结果表明:(1)白桦-辽东栎混交林地的土壤水分明显改善,其土壤容重最小、土壤孔隙度最大,且均优于纯林,即混交林地有深层次的土壤水分可供利用,并改善了土壤的物理结构;(2)辽东栎林的光合速率和气孔导度最大,其次为白桦-辽东栎混交林,水分利用率(WUE)为混交林白桦>混交林辽东栎>辽东栎林>白桦林;(3)混交林中白桦、辽东栎的Fv/Fm和Fv/Fo值均较大,与纯林差异不显著;白桦林和辽东栎林的qP和NPQ值均大于混交林。

Simulação da dinâmica populacional do psilídeo-de-concha, Glycaspis brimblecombei (Hemiptera: Psyllidae) e identificação de estratégias para a criação laboratorial de seu parasitóide Psyllaephagus bliteus (Hymenoptera: Encertydae) .

O "psilídeo-de-concha", Glycaspis brimblecombei (Hemiptera: Psyllidae), tem causado preocupação ao setor florestal brasileiro, principalmente em áreas com Eucalyptus camaldulensis, mais susceptível ao ataque. Estratégias voltadas ao seu controle químico ainda apresentam custos elevados e problemas relacionados ao registro de produtos autorizados, o que faz do seu controle biológico pelo parasitóide Psyllaephagus bliteus (Hymenoptera: Encyrtidae) o único disponível no momento, demandando sua criação massal em laboratório para posteriores liberações no campo. Dados biológicos disponíveis na literatura até 2007 possibilitaram desenvolver um simulador computacional capaz de acompanhar a dinâmica populacional das diferentes fases de desenvolvimento da praga, facilitando a identificação de períodos mais favoráveis ao aumento da presença de hospedeiros-praga preferencial ao parasitismo (3º e 4º instares). Os primeiros resultados observados apontaram o período do 16º ao 21º dia após a infestação dos adultos do psilídeo nas gaiolas. A validação de todos os resultados demanda novos experimentos em gaiolas de criação.

Estimativa de biomassa e estoque de carbono de uma floresta secundária em Minas Gerais.

Em virtude das preocupações mundiais com as quantidades acumuladas de gases de efeito estufa na atmosfera, 175 países assinaram, durante a ECO 92, no Rio de Janeiro, relatório sobre o Painel de Mudanças Climáticas, indicando a necessidade de reduzir as emissões desses gases. Um dos mecanismos, com essa finalidade que tem despertado grande interesse é o financiamento de grandes plantios de árvores visando o seqüestro de quantidades significativas de carbono através da fotossíntese. Tendo em vista que a legislação brasileira de meio ambiente determina a manutenção de uma reserva legal de pelo menos 20% de vegetação natural nas propriedades rurais do sudeste e, considerando-se a forte atividade agropecuária dessa região onde, na paisagem rural, predominam pastos, cultivos e reflorestamentos com Eucalyptus a recuperação das áreas de reserva legal pode atingir escala de interesse, além de contemplar demandas por uma maior proteção da biodiversidade. O presente estudo apresenta estimativas de biomassa e estoque de carbono de uma floresta secundária de cerca de 37 anos por meio de medições diretas, utilizando o método da árvore média. O estudo fitossociológico apontou sete espécies cujas árvores representam cerca de 80,5% de dominância e 77,9% de densidade do sítio, sendo Canudo de Pito, (Mabea fistulifera ? Euphorbiaceae) a espécie arbórea dominante. Obtiveram-se, para biomassa, estimativas de 64.005 Kg.ha-1 por densidade e, por dominância, 66.127 Kg.ha-1. A esses totais correspondem, respectivamente, em quantidades de carbono, 28.802 Kg.ha-1 e 29.757 Kg.ha-1.

Efeito do reflorestamento com diferentes espécies sobre os atributos químicos em solo de cerrado.

RESUMO: O objetivo desse trabalho foi avaliar o efeito do reflorestamento com eucalipto (Eucalyptus camaldulensis), carvoeiro (Sclerolobium paniculatum) , pinus (Pinus tecunumanii) e baru (Dipteryx alata) sobre os teores de nutrientes e de carbono orgânico do solo em comparação com uma área sob vegetação de Cerrado. Foram coletadas amostras de solo nas camadas 0 cm -5 cm, 5 cm - 10 cm, 10 cm - 20 cm, 20 cm - 30 cm, 30 cm - 40 cm e 40 cm - 60 cm, em um povoamento de baru plantado em 1987, um de carvoeiro plantado em 1985, um de pinus plantado em 1984, um de eucalipto plantado em 1983 e em uma área adjacente com vegetação nativa de Cerrado. Cada amostra foi composta por dez subamostras por parcela e por profundidade, coletadas entre as linhas. Os atributos químicos analisados foram: pH em água, alumínio trocável, H + Al (acidez potencial), fósforo e potássio disponíveis, cálcio e magnésio trocáveis e carbono orgânico. Os plantios de eucalipto e de carvoeiro aumentaram significativamente os teores de carbono orgânico do solo na camada de 0 cm a 5 cm. Os teores de fósforo foram muito baixos em todas as camadas avaliadas e não foram afetados pelo reflorestamento. O plantio de pinus acarretou queda significativa no teor de potássio, de cálcio e de magnésio até a camada de 30 cm a 40 cm. A partir de 20 cm de profundidade houve redução do pH do solo sob no plantio de pinus comparado com a área de Cerrado. ABSTRACT: The objective of this paper was to evaluate the effect of reforestation with eucalyptus (Eucalyptus camaldulensis), carvoeiro (Sclerolobium paniculatum) , pinus (Pinus tecunumanii) and baru (Dipteryx alata) on soil carbon and nutrients contents in comparison to virgin area of Cerrado. Samples of soil were collected down in 0 cm - 5 cm, 5 cm - 10 cm, 10 cm - 20 cm, 20 cm - 30 cm, 30 cm - 40 cm e 40 cm - 60 cm layers in a plantation of baru planted in 1987, one of carvoeiro planted in 1985, one of pinus planted in 1984, one of eucalyptus planted in 1983 and an adjacent area of Cerrado. Every sample was composed by ten sub-samples, by plot by depth, collected between the rows. Water pH, exchangeable aluminum, exchangeable H + Al (total acidity), suitable phosphorus, suitable potassium, exchangeable calcium, exchangeable magnesium and organic carbon contents were evaluated. Eucalyptus and carvoeiro planting increased significantly soil organic carbon contents in 5 cm - 10 cm layer. The levels of phosphorus were very low in all evaluated layers and were not affected by reforestation. Pinus planting decreased significantly potassium, calcium and magnesium contents until 30 cm - 40 cm layer. There was pH reduction after 20 cm of depth in pinus planting compared with cerrado area.

Contribución al conocimiento melitopalinológico de Sierra Morena

Sc ha estudiado al microscopio óptico el sedimento de once muestras de miel de diversas localidades del este de Sierra Morena. Se pone de manifiesto que, en este área, el néctar de flores es la principal fuenle de miel para Apis mellifera,siendo la mielada poco importante. Echium plantagineum, Lavandula stoechas y Eucalyptus camaldulensis son las principales fuentes de miel en este área, en tanto que Cistus ladanifer, C. albidus, Olea europaea y Quercus sp. lo son de polen.

Vegetation changes and human settlement of Easter Island during the last millennia: a multiproxy study of the Lake Raraku sediments

Earlier palynological studies of lake sediments from Easter Island suggest that the island underwent a recent and abrupt replacement of palm-dominated forests by grasslands, interpreted as a deforestation by indigenous people. However, the available evidence is inconclusive due to the existence of extended hiatuses and ambiguous chronological frameworks in most of the sedimentary sequences studied. This has given rise to an ongoing debate about the timing and causes of the assumed ecological degradation and cultural breakdown. Our multiproxy study of a core recovered from Lake Raraku highlights the vegetation dynamics and environmental shifts in the catchment and its surroundings during the late Holocene. The sequence contains shorter hiatuses than in previously recovered cores and provides a more continuous history of environmental changes. The results show a long, gradual and stepped landscape shift from palm-dominated forests to grasslands. This change started c. 450 BC and lasted about two thousand years. The presence of Verbena litoralis, a common weed, which is associated with human activities in the pollen record, the significant correlation between shifts in charcoal influx, and the dominant pollen types suggest human disturbance of the vegetation. Therefore, human settlement on the island occurred c. 450 BC, some 1500 years earlier than is assumed. Climate variability also exerted a major influence on environmental changes. Two sedimentary gaps in the record are interpreted as periods of droughts that could have prevented peat growth and favoured its erosion during the Medieval Climate Anomaly and the Little Ice Age, respectively. At c. AD 1200, the water table rose and the former Raraku mire turned into a shallow lake, suggesting higher precipitation/evaporation rates coeval with a cooler and wetter Pan-Pacific AD 1300 event. Pollen and diatom records show large vegetation changes due to human activities c. AD 1200. Other recent vegetation changes also due to human activities entail the introduction of taxa (e.g. Psidium guajava, Eucalyptus sp.) and the disappearance of indigenous plants such as Sophora toromiro during the two last centuries. Although the evidence is not conclusive, the American origin of V. litoralis re-opens the debate about the possible role of Amerindians in the human colonisation of Easter Island.

Vertebrate diversity in the Bussaco Mountain and surrounding areas

A biodiversidade é fundamental para o funcionamento dos ecossistemas e, além do seu valor intrínseco, fornece bens e serviços essenciais ao Homem. É consensual que as reservas naturais, por si só, não conseguirão preservar a biodiversidade de modo a que seja travada a perda de espécies que vem acontecendo a ritmos sem precedente. Assim, compreender os padrões de distribuição das espécies à escala regional ou sub-regional, ainda que em territórios não classificados, é crucial para o estabelecimento de políticas de gestão que visem a conservação da biodiversidade. O principal objectivo deste trabalho centrou-se na descrição e compreensão dos padrões de riqueza específica, distribuição e abundância de Vertebrados face aos diversos habitats que constituem a área de estudo. Constituíram, assim, objecto de estudo os anfíbios, aves, morcegos, micromamíferos e mamíferos de médio porte. A Serra do Bussaco e áreas envolventes encontram-se dominadas por vastas extensões de monocultura de Pinus pinaster e Eucalyptus globulus e por terrenos agrícolas. A Mata Nacional do Bussaco, bosque extremamente diverso, é outro importante elemento de paisagem. Pretendeu-se então analisar o efeito das práticas silvícolas actuais e da intensificação da agricultura sobre a biodiversidade, averiguando a importância de cada tipo de habitat para os Vertebrados em geral, e para algumas classes em particular. De entre os terrenos agrícolas, é bastante claro que a agricultura tradicional, com a sua típica complexidade e disponibilidade de água, constitui um habitat muito importante para a maioria dos Vertebrados, tendo também apresentado o maior valor conservacionista. No que respeita aos habitats florestais, o bosque misto apresentou consistentemente maior riqueza específica e diversidade, afirmando-se como o habitat preferido para a maioria das espécies e aquele com maior valor conservacionista. Do ponto de vista da conservação, as monoculturas, especialmente as da uma espécie exótica, revelaram-se habitats relativamente pobres. No entanto, estas conclusões referem-se às tendências gerais, sendo que taxa particulares respondem de forma diferente, atendendo aos seus requisitos específicos. A informação recolhida fornece bases essenciais para a construção de linhas de orientação que visem a integração das actividades humanas com a manutenção da biodiversidade e respectivos serviços, presumivelmente com aplicação a outras áreas geográficas.

Phenolic compounds from forest industrial by-products

Em Portugal, as indústrias corticeira e de pasta de papel constituem um importante sector económico, contudo, gerando elevadas quantidades de subprodutos. Estes subprodutos poderiam ser explorados em aplicações de alto valor acrescentado, como fonte de compostos fenólicos, por exemplo, em vez de serem apenas queimados para produção de energia. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras propriedades, entre as quais, antioxidante, anti-inflamatória e anti-trombótica. Neste estudo as frações fenólicas da maior parte dos subprodutos gerados nas indústrias corticeira e de pasta de papel foram caracterizados em detalhe, com vista à sua valorização. A fração fenólica das cascas de Eucalyptus globulus, E. grandis, E. urograndis e E. maidenii, bem como da cortiça de Quercus suber e resíduos provenientes da sua exploração, nomeadamente, o pó de cortiça e os condensados negros, foi obtida por processos convencionais de extração sólido-líquido. No caso da casca de E. globulus, foi ainda avaliado o potencial de metodologias “verdes” no processo de extração de compostos fenólicos, usando extração com CO2 supercrítico. Esta técnica foi otimizada com recurso a metodologias de superfície de resposta. Na identificação e quantificação dos compostos fenólicos foi usada cromatografia líquida de alta resolução aliada a técnicas de espectrometria de massa. O teor de fenólicos totais foi ainda determinado pelo método de Folin- Ciocalteu, essencialmente para efeitos comparativos. A caracterização da fração fenólica de cada extrato foi ainda complementada com a análise da atividade antioxidante, usando o radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH). Foram identificados trinta compostos fenólicos na casca de E. globulus, 17 deles referenciados pela primeira vez como seus constituintes, nomeadamente os ácidos quínico, di-hidroxifenilacétic, cafeico e metil-elágico, bis-hexahidroxidifenoil( HHDP)-glucose, galoil- bis-HHDP-glucose, galoil-HHDPglucose, isoramnetina—hexosídeo, quercetina-hexosídeo, ácido metil-elágicopentosídeo, miricetina-ramnosídeo, isoramnetina-ramnosídeo, mearnsetina, floridzina, mearnsetina-hexosídeo, luteolina e uma proantocianidina B. Neste trabalho, foi estudada pela primeira vez a composição fenólica das cascas de E. grandis, E. urograndis e E. maidenii. Treze, doze e vinte e quatro compostos fenólicos foram identificados nas cascas de E. grandis, E. urograndis e E. maidenii, respetivamente. Entre estes compostos encontram-se os ácidos quínico, gálico, metilgálico, protocatequínico, clorogénico e elágico, catequina, galoil-bis-HHDP-glucose, digaloilglucose, epicatequina, quercetina-glucoronídeo, di-hidroxiisopropilcromona- hexosídeo, isoramnetina-hexosídeo, ácido elágicoramnosídeo, taxifolina, quercetina-hexosídeo, di-hidroxi- (metilpropil)isopropilcromona-hexosídeo, ácido metil-elágico-pentosídeo, miricetina-ramnosídeo, isoramnetina-ramnosídeo, aromadendrina-ramnosídeo, mearnsetina, mearnsetina-hexosídeo, eriodictiol, quercetina, isoramnetina e naringenina. A análise da fração fenólica da cortiça permitiu identificar vinte e dois compostos fenólicos, dez deles referenciados pela primeira vez como seus constituintes, nomeadamente, os ácidos quínico, salicílico, p-hidroxifenillático e metilgálico, ácido carboxílico da brevifolina, eriodictiol, naringenina, um éster isoprenílico do ácido cafeico, isoramnetina-ramnosídeo e isoramnetina. No pó de cortiça industrial foram identificados dezasseis compostos fenólicos, nomeadamente os ácidos quínico, gálico, protocatequínico, cafeico, ferúlico, elágico e metilgálico, esculetina, ácido carboxílico da brevifolina, coniferaldeído, um éster isoprenílico do ácido cafeico, uma dilactona do ácido valoneico, ácido elágico-pentosídeo, ácido elágico-ramnosídeo, isoramnetinaramnosídeo e isoramnetina. Destes, apenas o ácido elágico foi previamente referenciado como componente do pó de cortiça. Do mesmo modo, treze compostos fenólicos foram identificados no condensado negro, doze deles referenciados pela primeira vez como seus constituintes. São eles os ácidos quínico, gálico, p-hidroxifenil-láctico, protocatequínico, p-coumarico, cafeico e elágico, vanilina, esculetina, coniferaldeído, um éster isoprenílico do ácido cafeico e o eriodictiol. A extração supercrítica de compostos fenólicos da casca de eucalipto permitiu não só verificar os parâmetros que afetam a qualidade e quantidade finais dos extratos, como também obter os valores ótimos para estes parâmetros. Esta extração mostrou ainda ser bastante seletiva para determinados grupos de compostos fenólicos, como as flavanonas eriodictiol e naringenina e para o flavonol O-metilado isoramnetina. Este é também o primeiro estudo envolvendo a determinação da atividade antioxidante de extratos da cortiça e dos resíduos da sua exploração, bem como da casca de E. grandis, E. urograndis e E. maidenii. A vasta gama de compostos fenólicos identificados em cada extrato analisado, assim como as prominentes atividades antioxidantes, todas na mesma gama de valores do bem conhecido antioxidante comercial, ácido ascórbico, são claramente um grande contributo para a valorização destes subprodutos industriais.

Extraction and purification of triterpenic acids from eucalypt bark

A indústria da pasta e do papel é um sector importante da economia mundial, particularmente a que assenta em espécies de Eucalyptus. No entanto, essas indústrias geram quantidades significativas de correntes secundárias de subprodutos e resíduos de biomassa que podem ser exploradas em aplicações de valor acrescentado em vez de serem queimadas para produção de energia. Um exemplo nobre pode ser a produção de ácidos triterpénicos com estruturas dos tipos lupano, oleanano e ursano, dada a sua abundância em alguns destes resíduos, em particular na casca, adotando o conceito de biorrefinaria integrada numa fábrica de pasta. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras actividades biológicas, por exemplo, antioxidante, anti-inflamatória e antitumoral, e podem encontrar aplicações em produtos de elevado valor, tais como cosméticos, nutracêuticos ou farmacêuticos. Neste sentido, o estudo das potencialidades das cascas das espécies de eucalipto mais exploradas enquanto fontes de compostos triterpénicos é um tópico relevante. Por conseguinte, foram analisados e comparados em pormenor os teores e composições em ácidos triterpénicos (TTAs) das cascas externas de várias espécies de eucalipto (E. globulus, E. grandis, E. urograndis, E. maidenii e E. nitens). Os teores dos principais TTAs identificados nestas espécies variaram entre 4.5 g/kg no E. urograndis e 21.6 g/kg no E. nitens. Observou-se que as cascas externas de Eucalyptus de zonas temperadas e Mediterrânicas, nomeadamente E. nitens e E. globulus, são mais ricas em TTAs que as espécies de regiões tropicais e subtropicais. Além disso, a casca externa do E. globulus é claramente a mais rica em ácidos com estruturas do tipo ursano enquanto a do E. nitens é a mais rica em ácidos do tipo oleanano e lupano. Estes resultados levaram-nos a estudar a extração dos TTAs da casca de Eucalyptus, bem como a sua posterior concentração e purificação, a qual foi efetuada por extração sólido-líquido convencional combinada com a precipitação de solutos, e por extração com fluidos supercríticos (SFE). No que diz respeito à primeira abordagem referida, foi desenvolvido neste trabalho um método patenteado que permite obter extratos enriquecidos em TTAs das cascas de eucalipto baseado em tecnologias disponíveis no imediato. Em relação à segunda abordagem, e de forma a apostar em processos de baixo impacto ambiental exigidos pelas biorrefinarias do futuro, a SFE surge como uma opção natural. Assim, foi efetuada a SFE da casca caduca do E. globulus com dióxido de carbono puro e modificado para recuperar a fração de TTAs, e os resultados foram comparados com os obtidos por extração em Soxhlet com diclorometano. Foram realizados estudos preliminares sobre a influência da pressão (100-200 bar), a adição de co-solvente (0, 5 e 8% m/m de etanol), e operação em múltiplos passos a fim de avaliar a aplicabilidade da alternativa supercrítica para a sua produção eficiente e selectiva. Os resultados destacaram a influência da pressão e o importante papel resumo (cont.) desempenhado pelo co-solvente neste processo, cujo efeito foi mais relevante do que o aumento da pressão em várias dezenas de bar. Este trabalho foi depois otimizado, usando o planeamento factorial de experiências e a metodologia de superfícies de resposta, para analisar a influência da temperatura (40-60 ºC), pressão (100-200 bar), e teor de etanol (0.0-5.0% m/m) na recuperação dos TTAs e respectiva concentração nos extractos. Nestes intervalos, as melhores condições de operação encontradas foram 200 bar, 40 °C e 5% de etanol, para as quais os modelos de regressão estatisticamente validados previram um rendimento de extração de 1.2% com 50% de concentração em TTAs, correspondendo ao rendimento em TTAs de 5.1 g/kg de casca e uma recuperação de 79.2% comparativamente ao valor do Soxhlet. Os TTAs livres e acetilados apresentaram tendências de extracção bastante distintas devido às suas diferentes afinidades para o CO2 causadas pelas diferentes polaridades: os derivados acetilados aproximam-se de um patamar máximo a cerca de 200 bar e 5% de etanol, enquanto a extração dos TTAs livres apresenta uma tendência sempre crescente no intervalo de condições estudado. Foram também medidas curvas cumulativas de SFE da casca do E. globulus de forma a analisar o comportamento cinético do processo em termos de rendimento total, rendimento em TTAs, rendimento em TTAs livres, rendimento em TTAs acetilados, e concentração dos TTAs nos extractos. Foi analisada a influência da pressão, temperatura, teor de co-solvente e caudal do dióxido de carbono sobre as respostas anteriores. Os dados experimentais foram modelados com os modelos Logístico, de Dessorção, de Placa Plana Simples, e de Difusão. Na globalidade, os resultados confirmaram que a pressão e o teor de etanol têm um efeito significativo sobre as curvas de extração, os rendimentos finais e as concentrações dos extratos, e mostraram a presença de limitações externas à transferência de massa em alguns ensaios. Mais uma vez, as famílias individuais de TTAs livres e acetilados apresentaram diferentes tendências de extracção. A modelação permitiu-nos confirmar não só o importante papel desempenhado pela difusão intraparticular na SFE, mas também a contribuição da resistência no filme em alguns ensaios. Após a análise de todos os resultados, foi efetuado um ensaio em duas etapas em série, possibilitando o enriquecimento do teor em TTAs no extracto devido às diferentes condições adotadas em cada etapa. Por último, um éster metílico de um ácido triterpénico do tipo oleanano - morolato de metilo - foi identificado pela primeira vez enquanto componente da casca de Eucalyptus na casca externa do Eucalyptus grandis x globulus, onde ocorre em teores elevados. A sua extração com CO2 supercrítico foi também realizada, visando a conceção de uma alternativa de extração ambientalmente benigna para este composto. A 200 bar e 60 ºC, a remoção do morolato de metilo atingiu um patamar às 6 h para 5.1 kg h-1 de CO2 / kg de casca. Em geral, e de forma semelhante à SFE da casca do E. globulus, os TTAs acetilados foram mais significativamente extraídos quando comparados com os seus ácidos livres, o que está diretamente relacionado com a natureza menos polar destas moléculas. O trabalho apresentado nesta tese é uma contribuição para a valorização de uma corrente de biomassa com baixo valor na indústria de pasta em duas vertentes complementares. Por um lado, aumentou o conhecimento da composição lipofílica das cascas de Eucalyptus spp. com interesse comercial para a produção de pasta, destacando o seu potencial enquanto fontes de ácidos triterpénicos. Por outro lado, foram desenvolvidos dois processos alternativos e facilmente integráveis numa fábrica de pasta para a sua exploração a partir da casca: um baseado em tecnologias convencionais bem estabelecidas a nível industrial, prevendo a sua aplicação a curto prazo, e um outro baseado na SFE, seguindo as tendências das futuras biorrefinarias.

Bioethanol production from a sub-product of pulping industry

A vida da sociedade atual é dependente dos recursos fósseis, tanto a nível de energia como de materiais. No entanto, tem-se verificado uma redução das reservas destes recursos, ao mesmo tempo que as necessidades da sociedade continuam a aumentar, tornando cada vez mais necessárias, a produção de biocombustíveis e produtos químicos. Atualmente o etanol é produzido industrialmente a partir da cana-de-açúcar e milho, matérias-primas usadas na alimentação humana e animal. Este fato desencadeou o aumento de preços dos alimentos em todo o mundo e, como consequência, provocou uma série de distúrbios sociais. Os subprodutos industriais, recursos independentes das cadeias alimentares, têm-se posicionado como fonte de matérias-primas potenciais para bioprocessamento. Neste sentido, surgem os subprodutos gerados em grande quantidade pela indústria papeleira. Os licores de cozimento da madeira ao sulfito ácido (SSLs) são uma matériaprima promissora, uma vez que durante este processo os polissacarídeos da madeira são hidrolisados originando açúcares fermentáveis. A composição dos SSLs varia consoante o tipo de madeira usada no processo de cozimento (de árvores resinosas, folhosas ou a mistura de ambas). O bioprocessamento do SSL proveniente de folhosas (HSSL) é uma metodologia ainda pouco explorada. O HSSL contém elevadas concentrações de açúcares (35-45 g.L-1), na sua maioria pentoses. A fermentação destes açúcares a bioetanol é ainda um desafio, uma vez que nem todos os microrganismos são capazes de fermentar as pentoses a etanol. De entre as leveduras capazes de fermentar naturalmente as pentoses, destaca-se a Scheffersomyces stipitis, que apresenta uma elevada eficiência de fermentação. No entanto, o HSSL contém também compostos conhecidos por inibirem o crescimento de microrganismos, dificultando assim o seu bioprocessamento. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho foi a produção de bioetanol pela levedura S. stipitis a partir de HSSL, resultante do cozimento ao sulfito ácido da madeira de Eucalyptus globulus. Para alcançar este objetivo, estudaram-se duas estratégias de operação diferentes. Em primeiro lugar estudou-se a bio-desintoxicação do HSSL com o fungo filamentoso Paecilomyces variotii, conhecido por crescer em resíduos industriais. Estudaram-se duas tecnologias fermentativas diferentes para a biodesintoxicação do HSSL: um reator descontínuo e um reator descontínuo sequencial (SBR). A remoção biológica de inibidores do HSSL foi mais eficaz quando se usou o SBR. P. variotii assimilou alguns inibidores microbianos como o ácido acético, o ácido gálico e o pirogalol, entre outros. Após esta desintoxicação, o HSSL foi submetido à fermentação com S. stipitis, na qual foi atingida a concentração máxima de etanol de 2.36 g.L-1 com um rendimento de 0.17 g.g-1. P. variotti, além de desintoxicar o HSSL, também é útil na produção de proteína microbiana (SCP) para a alimentação animal pois, a sua biomassa é rica em proteína. O estudo da produção de SCP por P. variotii foi efetuado num SBR com HSSL sem suplementos e suplementado com sais. A melhor produção de biomassa foi obtida no HSSL sem adição de sais, tendo-se obtido um teor de proteína elevado (82,8%), com uma baixa concentração de DNA (1,1%). A proteína continha 6 aminoácidos essenciais, mostrando potencial para o uso desta SCP na alimentação animal e, eventualmente, em nutrição humana. Assim, a indústria papeleira poderá integrar a produção de bioetanol após a produção SCP e melhorar a sustentabilidade da indústria de pastas. A segunda estratégia consistiu em adaptar a levedura S. stipitis ao HSSL de modo a que esta levedura conseguisse crescer e fermentar o HSSL sem remoção de inibidores. Operou-se um reator contínuo (CSTR) com concentrações crescentes de HSSL, entre 20 % e 60 % (v/v) durante 382 gerações em HSSL, com uma taxa de diluição de 0.20 h-1. A população adaptada, recolhida no final do CSTR (POP), apresentou uma melhoria na fermentação do HSSL (60 %), quando comparada com a estirpe original (PAR). Após esta adaptação, a concentração máxima de etanol obtida foi de 6.93 g.L-1, com um rendimento de 0.26 g.g-1. POP possuía também a capacidade de metabolizar, possivelmente por ativação de vias oxidativas, compostos derivados da lenhina e taninos dissolvidos no HSSL, conhecidos inibidores microbianos. Por fim, verificou-se também que a pré-cultura da levedura em 60 % de HSSL fez com que a estirpe PAR melhorasse o processo fermentativo em HSSL, em comparação com o ensaio sem pré-cultura em HSSL. No entanto, no caso da estirpe POP, o seu metabolismo foi redirecionado para a metabolização dos inibidores sendo que a produção de etanol decresceu.