Avaliação do teor de humidade da manta morta florestal
através do Duff Moisture Meter 600
Dissertação de Mestrado
2º Ciclo em Engenharia Florestal
Sílvia Borges e Castro
Orientação:
Paulo Alexandre Martins Fernandes
Avaliação do teor de humidade da manta morta florestal
através do Duff Moisture Meter 600
Dissertação de Mestrado
2º Ciclo em Engenharia Florestal
Sílvia Borges e Castro
Orientação:
Paulo Alexandre Martins Fernandes
“Trabalho expressamente elaborado como dissertação para efeito de obtenção do grau de Mestre em Engenharia Florestal, sendo apresentado na Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, no âmbito do 2º ciclo de formação em Engenharia Florestal”.
AGRADECIMENTOS
Este trabalho não seria possível sem os contributos e a colaboração de diversas pessoas às quais expresso o meu sincero agradecimento:
– Ao Doutor Paulo Fernandes, orientador desta dissertação de mestrado e docente do Departamento de Ciências Florestais e Arquitetura Paisagista da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, pelo aconselhamento, comentários e disponibilidade prestada ao longo da realização deste trabalho; – À Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro por todos os meios postos à
disposição, especialmente pelo empréstimo do DMM600;
– Aos meus pais, irmã e restante família, por todo o apoio e carinho sempre demonstrado ao longo de todos estes anos;
– Ao Carlos Silveira, pelo carinho, compreensão e ajuda que sempre demonstrou comigo;
– Aos meus amigos, que de uma forma ou de outra, mostraram o seu espírito de companheirismo e incentivo;
– A todos os que contribuíram direta ou indiretamente para que a realização deste trabalho fosse possível,
RESUMO
A avaliação da humidade da manta morta florestal é importante, particularmente no âmbito do planeamento do fogo controlado e da avaliação da severidade ecológica de um incêndio. Este trabalho teve como objetivos a calibração do DMM600, aparelho utilizado para a medição do teor de humidade da manta morta florestal e a sua posterior aplicação ao mapeamento da distribuição espacial da humidade da manta morta.
Para a calibração do DMM600 fez-se a medição da humidade do combustível com o aparelho diretamente no campo e procedeu-se à recolha de amostras para secagem na estufa. Através de análise de regressão desenvolveu-se uma equação para conversão dos valores de humidade expressos em percentagem do peso seco. O tipo de manta morta (de resinosas, de folhosas, ou mista) não influencia a relação entre as duas variáveis de humidade.
Na segunda etapa deste trabalho procurou-se exemplificar uma potencial aplicação do DMM600. Mediu-se a humidade da manta morta em três povoamentos florestais de acordo com uma amostragem em grelha e, através do método de krigagem, obtiveram-se mapas da distribuição espacial da humidade, que permitem saber as zonas onde existe maior ou menor humidade e em função disso planear ações de fogo controlado, ou que podem ser usados com objetivos de investigação científica. Palavras-chave: – Fogos florestais – Combustível; – Humidade do combustível; – Modelação; – Krigagem.
ABSTRACT
Assessing the moisture content of the forest floor is important, particularly in the frame of prescribed fire planning, and to evaluate the ecological severity of fire. The objective of this study was to calibrate de duff moisture meter DMM600 and then exemplify its use by mapping the spatial distribution of duff moisture content.
Fuel moisture content measurement with the DMM600 was directly made in the field. Fuel samples were collected concurrently and then oven-dried for moisture content determination. Regression analysis was used to predict moisture content on a dry-weight basis from moisture content on a volume basis, which is the DMM600 output. Duff type (coniferous, broadleaved or mixed) did not affect the relationship between the two moisture variables.
A potential application of the DMM600 was exemplified on a second stage. The forest floor moisture content was measured in three forest stands according to a grid sampling scheme. Maps of the spatial distribution of duff moisture content were created through kriging. Maps of this type are useful to identify the wettest (or driest) areas and plan prescribed fire operations accordingly, and can be used as a tool for scientific purposes.
Keywords: – Forest fires; – Fuel;
– Fuel moisture content; – Modelling;
ÍNDICE
AGRADECIMENTOS ... I RESUMO ... II ABSTRACT ... III ÍNDICE DE QUADROS E FIGURAS ... V LISTA DE ABREVIATURAS ... VI
1. INTRODUÇÃO ... 1
2. A HUMIDADE DO COMBUSTÍVEL FLORESTAL ... 5
2.1. Métodos de avaliação da humidade do combustível ... 8
2.1.1. Medição da humidade do combustível por secagem em estufa ... 9
2.1.2. Métodos químicos ... 10
2.1.3. Modelos de estimativa da humidade do combustível ... 11
2.1.4. Métodos elétricos ... 11
2.1.4.1. Aparelhos de medição baseados na relação entre a resistência elétrica e a humidade dos combustíveis ... 12
2.1.4.2. Aparelhos baseados na relação entre a capacidade elétrica e a humidade do combustível ... 12
2.1.5. Métodos mecânicos ... 13
2.1.6. Método dos combustíveis semelhantes ... 13
3. METODOLOGIA ... 15
3.1. Área de estudo ... 15
3.2. Caraterização das espécies usadas neste estudo ... 15
3.3. O Duff Moisture Meter 600 ... 19
3.4. Amostragem e determinação da humidade da manta morta ... 20
3.4.1. Calibração do DMM600 ... 21
3.4.2. Utilização do DMM600 na avaliação da variação espacial da humidade da manta morta ... 22
3.5. Distribuição espacial da humidade ... 24
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 26 4.1. Calibração do DMM600 ... 26 4.2. Utilização do DMM600 ... 29 5. CONCLUSÕES ... 32 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 34 ANEXOS ... 38
ÍNDICE DE QUADROS E FIGURAS
Quadro I − Teores de humidade da manta morta no arboreto da UTAD, por tipo de floresta………26 Figura 1 − Medidor de humidade DMM600 e respetivo crivo.………….………....20 Figura 2 − Esquema dos pontos de medição do teor de humidade com o DMM600 em três tipos de povoamentos florestais.………23 Figura 3 − Relação entre a humidade do combustível em relação ao peso seco, e a humidade do combustível em relação ao volume (DMM600). O gráfico do lado direito mostra as médias ajustadas por tipo de manta morta, após consideração da humidade do DMM600.………..27 Figura 4 − Relação entre a humidade referida ao peso seco e a humidade referida ao volume (DMM600) tal como dada pela Equação (2)……..…………..………..28 Figura 5 − Mapa da distribuição espacial da humidade obtida num povoamento de
Pinus pinaster (Pb)………...29
Figura 6 − Mapa da distribuição espacial da humidade obtida para um povoamento de Eucalyptus globulus (Ec)………..………...…30 Figura 7 − Mapa da distribuição espacial da humidade obtida para um povoamento de
LISTA DE ABREVIATURAS
ºC – Graus Celsius cm – Centímetro
DMM600 – Duff Moisture Meter 600 g – Grama
LPN – Liga Portuguesa para a Natureza
MADRP – Ministério da Agricultura do Desenvolvimento Rural e das Pescas m – Metro
m2 – Metro quadrado mm – Milímetro Nº – Número
p – Probabilidade estatística
PROF – Plano Regional de Ordenamento Florestal R2 – Coeficiente de determinação
S/d – Sem data
SIG – Sistemas de Informação Geográfica USDA – United States Department of Agriculture UTAD – Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro % – Percentagem
1. INTRODUÇÃO
As florestas enfrentam ameaças, tais como tempestades, secas, incêndios, pragas e doenças, além da crescente poluição do ar. As alterações climáticas, as mudanças nos padrões de precipitação e da frequência e intensidade das condições meteorológicas extremas têm um forte impacto sobre as áreas florestais a vários níveis. Algumas áreas da floresta atual poderão desaparecer devido a problemas de desertificação, transformações resultantes de atividades humanas e incêndios florestais que aumentaram de frequência, como consequência das mudanças climáticas que têm levado a períodos de seca prolongada, áreas afetadas por doenças e pragas, assim como as áreas geográficas adequadas para o cultivo de determinadas espécies podem sofrer alterações, como resultado de alterações climáticas e ao nível do solo (
Wolf-Crowther, et al., 2011).
Os incêndios florestais são considerados graves ameaças às florestas na Europa, causando danos generalizados num curto período de tempo. A maior área de floresta ardida situa-se no sul da Europa, nos países do Mediterrâneo como a Itália, Espanha, Grécia, França, Bulgária e Portugal. No entanto, de entre todos estes países foi em Portugal que se registou a maior área ardida nos anos de 2003 e 2005, superando qualquer outro país europeu e inclusive ultrapassando a soma de território consumido pelas chamas em França, Espanha, Itália e Grécia (LPN(a), 2007).
Os fatores que determinam o início de um fogo, as suas caraterísticas físicas e a expansão na paisagem formam o piroambiente. Os elementos que formam o piroambiente são as condições meteorológicas, a topografia e o material combustível (LPN(a), 2007).
A variação dos elementos meteorológicos, particularmente da temperatura, precipitação, humidade do ar e vento, está intimamente associada ao estado da vegetação e à ocorrência e evolução dos incêndios florestais. Aquelas variáveis atuando em conjunto são determinantes na avaliação do comportamento do fogo, já que têm uma forte correlação, com as caraterísticas do fogo (Batista, s/data), mas para tal é necessário conhecer não só as condições meteorológicas no momento, mas também as condições antecedentes (Allgower et al., 2003; cit. Carvalho, 2005).
A topografia apresenta uma variação praticamente inalterável na escala temporal, sendo portanto, o fator mais constante, e por essa razão aquele cujo efeito é mais fácil de prever ou modelar. A topografia, caracterizada através dos declives, exposições solares e altitude, é um dos elementos que deverá ser incluído em qualquer cartografia de risco, pelo impacto que tem no tipo de coberto e pluviosidade, na velocidade de propagação do
fogo e na insolação e secura dos combustíveis (Freire, s/data, cit. Silveira, 2009). O tipo de vegetação, a quantidade de radiação solar recebida e o vento variam com a exposição do terreno e o seu declive (LPN(a), 2007).
O combustível é um dos fatores que determina o comportamento do fogo e o único modificável por ação humana pelo que as ações de silvicultura preventiva e de gestão do combustível deverão constituir uma peça chave na proteção contra incêndios (Fernandes et al., 2002). É o combustível que sustenta o fogo e é um dos elementos do chamado “triângulo do fogo”, formado também pelo comburente (oxigénio) e pela energia. Sem qualquer um destes três elementos o fogo não acontece (Botelho, 2010).
O modo como ardem os combustíveis depende de fatores como a humidade, a forma, o tamanho, o estado (vivo ou morto), composição química e densidade (LPN(a), 2007). A humidade do combustível revela-se no entanto, como a variável mais importante no que concerne à inflamabilidade e controlo do comportamento e efeitos do fogo. Muitas das relações conhecidas e explícitas entre as condições de pré-queima e os resultados da queima estão ligados ao teor de humidade da manta morta (Fernandes et al., 2002).
A falta de gestão florestal e a consequente escassa defesa contra os incêndios florestais tem levado a um subaproveitamento da produtividade que se repercute por toda a fileira florestal com graves prejuízos em todos os setores.
O controlo da vegetação arbustiva revela-se indispensável à manutenção e crescimento dos povoamentos florestais, contribuindo para uma diminuição da competição interespecífica, em simultâneo com a redução da carga do combustível, garantindo uma diminuição do perigo de incêndio. Com esse objetivo poderão ser utilizadas várias técnicas como o corte manual ou mecânico, a silvopastorícia, o fogo controlado e o tratamento químico. No entanto, o fogo representa certamente a mais antiga técnica de limpeza (Manso et al., 2005).
O fogo controlado, também designado por fogo prescrito é a aplicação de um fogo em condições ambientais específicas, que permite limitar o fogo a uma área predeterminada, atingindo-se assim os objetivos planeados de gestão de recursos (Rego et al., 2010). É uma técnica de primordial importância com vista à prevenção de riscos de incêndios florestais, protegendo a floresta e os respetivos recursos dos seus efeitos destruidores. Atualmente é um componente normal da silvicultura em várias regiões (Nyland, 1996, cit. Fernandes, 2002) e está entre as boas práticas florestais consagradas nos manuais da especialidade (Georgia Forestry Commission 1990, Zeide e Sharer 1998, cit. Fernandes, 2002).
A intensidade de um incêndio é proporcional à sua velocidade de propagação e à quantidade de biomassa disponível para a combustão (Byram 1959, cit. Fernandes,
2002). O efeito do fogo controlado incidirá sobre o primeiro fator, limitando notavelmente o potencial energético, sobre o segundo levará a uma quebra da continuidade horizontal e vertical do complexo-combustível e aumentando a dimensão média do combustível residual e a sua compactação (Martin et al. 1988, cit. Fernandes, 2002). Será então de esperar que o fogo controlado eleve a probabilidade de controlar um incêndio, pois para além de reduzir a magnitude do comportamento do fogo, permite melhorar a acessibilidade e a criação de pontos de apoio às ações de supressão (Underwood et al., 1985, cit. Fernandes, 2002).
No entanto, as aplicações do fogo controlado não se restringem apenas ao campo de ação da prevenção de incêndios, mas também às aplicações silvícolas como desbaste e desrama, favorecendo a regeneração, preparação do terreno para instalação, controlo de insetos e elementos patogénicos, na gestão do pastoreio, cinegética, conservação de espécies e paisagens e erradicação de espécies exóticas (Fernandes et al., 2002).
O fogo controlado na América do Norte e Austrália é utilizado em grande escala, sendo que todos os anos, 7% das áreas de pinhal do sudoeste dos E.U.A. são submetidas a fogo controlado. Na Europa vários países tem vindo a implementar esta técnica, tendo a Comunidade Europeia incentivado vários projetos de investigação sobre este tema em Portugal, Espanha, França, Itália e Grécia.
As principais vantagens do uso do fogo controlado em relação às outras técnicas de controlo da vegetação residem no seu baixo custo devido ao elevado rendimento (superfície tratada por jorna); quando executado por pessoas especializadas, permite alguma seletividade dos combustíveis e espécies a remover; pode ser aplicado em solos declivosos e pedregosos e além disso produz vantagens a nível do solo, podendo aumentar a fertilidade e a nível ecológico, com efeitos benéficos na manutenção de determinadas espécies e ecossistemas. No entanto, apresenta algumas desvantagens relacionadas com a dependência da sua aplicação das condições meteorológicas; não é aplicável em zonas com restrições paisagísticas; se mal planeado ou executado pode afetar a sanidade ou o valor económico de alguns povoamentos ou alastrar e requer especialização dos operadores (Moreira, 2008).
Um dos fatores que mais influencia o fogo controlado é a humidade dos combustíveis mortos mais expostos às condições meteorológicas. A respetiva variação é rápida e a sua amplitude de variação é grande. A humidade do combustível determina a quantidade de calor requerida para a ignição da matéria vegetal, assim como o calor que a combustão pode transmitir às partículas adjacentes (Fernandes et al., 2002). Se a manta morta estiver suficientemente húmida não arde e portanto não transmite calor. É importante avaliar a humidade da manta morta para controlar o seu consumo, de forma a compatibilizar a redução do perigo de incêndio com a manutenção da qualidade do solo e
a minimização das emissões de CO2. Assim, haverá todo o interesse em conhecer de
forma rápida e expedita o teor de humidade da manta morta para se definirem as condições de queima (a prescrição) e identificar as oportunidades de implementação da técnica do fogo controlado.
A quantificação direta, isto é por recolha e secagem, da humidade do combustível não é possível em situações operacionais. O aparelho DMM600 (Duff Moisture Meter 600) permite a estimação indireta e instantânea, referida ao volume, da humidade da manta morta no campo. Os principais objetivos deste trabalho são os seguintes:
Desenvolvimento de uma metodologia para a calibração do DMM600 para conversão dos teores de humidade obtidos em volume, para teores de humidade expressos em função do peso, a fim de operacionalizar a utilização do aparelho;
Exemplificar o uso e o potencial de aplicação do DMM600, analisando a variação espacial da humidade da manta morta.
2. A HUMIDADE DO COMBUSTÍVEL FLORESTAL
O combustível é o mediador entre os efeitos do fogo sobre o ecossistema e o
impacte do Homem sobre o fogo, pois é através da sua gestão que a extensão e severidade dos incêndios podem ser condicionadas (Moreira et al., 2010).
De entre as características do combustível florestal será destacada neste trabalho a humidade, pois é uma variável chave da qual depende a ignição e propagação do fogo, influenciando o seu comportamento e tendo forte influência no consumo de combustível, assim como no controlo dos efeitos térmicos do fogo no solo mineral e nos órgãos subterrâneos das plantas (Botelho et al., 2001).
Esta característica dos combustíveis florestais determina a quantidade de calor necessária para que se inicie a ignição, bem como o calor que o combustível inflamado possa transmitir às partículas mais próximas, condicionando deste modo a eficiência da transmissão de calor. Revela-se assim, como uma das variáveis que mais influencia o comportamento do fogo, repercutindo-se na velocidade de propagação, intensidade e comprimento da chama (Chandler, 1991, cit. Ruiz e Vega, 2005).
Dada a sua forte influência sobre os efeitos do fogo (ignição, comportamento e efeitos), existe grande interesse no aprofundamento do conhecimento sobre esta variável, sendo inúmeros os estudos realizados por investigadores de todo o mundo.
Segundo Soares (1985), cit. Beutling (2009), o efeito da humidade do combustível na taxa de combustão do material lenhoso e na propagação dos incêndios é tão pronunciado e evidente que não é necessário efetuar nenhuma medição para demonstrar a sua importância.
Simplesmente, o material combustível com alto teor de humidade não arde. Tal deve-se à denominada “humidade de extinção”, que é um determinado valor do conteúdo de humidade dos materiais combustíveis, acima do qual o fogo não se propaga (Fernandes, 2002).
O teor de humidade dos combustíveis exprime a quantidade de água contida no combustível, em percentagem de humidade, em relação ao seu peso seco (Carvalho, 2003).
A forma como uma partícula reage a alterações de humidade ambiente tem implicações no comportamento ao fogo desse combustível. Essa resposta é expressa por uma constante de tempo designada “tempo de retardação” e mede o tempo necessário para que o combustível alcance dois terços da diferença entre o conteúdo de humidade inicial e o conteúdo de humidade de equilíbrio (Fernandes et al., 2002). Simard (1986), cit. Ruiz (2004) define a humidade de equilíbrio como sendo “o conteúdo de humidade de
uma partícula combustível cuja pressão de vapor é equivalente à do ambiente que o rodeia”, já Simard e Main (1982), cit. Ruiz (2004) dizem que “é a quantidade de humidade que o material celulósico pode conter para uma determinada temperatura e humidade relativa”; Em 1991, Viney deu uma definição mais completa “o conteúdo de humidade de equilíbrio de um elemento combustível sob determinadas condições ambientais corresponde ao conteúdo de humidade que esse elemento combustível atingiria caso se deixasse tempo suficiente nessas condições ambientais constantes”. Também Pyne et al. (1991), cit. Ruiz (2004), definem a humidade de equilíbrio, como sendo “o valor que alcança a humidade real do combustível quando se deixa durante um intervalo de tempo infinito exposto a condições atmosféricas constantes de temperatura e humidade”.
O teor de humidade do combustível depende de vários fatores, como a sua condição (vivo ou morto), dimensão, compactação e localização (Fernandes et al., 2002).
Os combustíveis vivos e mortos têm diferentes mecanismos de retenção de água e reagem de formas distintas às variações do clima. A humidade dos combustíveis
florestais vivos é mais elevada e estável, já os combustíveis mortos possuem menor teor de humidade, mas sofrem oscilações mais bruscas (Pereira, 2009).
Relativamente à dimensão dos combustíveis, verifica-se que os combustíveis finos têm maior área através da qual absorvem ou perdem água, levando a uma alteração mais rápida da sua humidade, para além disso absorvem calor dos combustíveis inflamados adjacentes, alcançando mais rapidamente a sua temperatura de ignição, (Botelho, 2010).
A compactação ou densidade do combustível estão relacionadas com a carga de combustível por unidade de volume, ou seja a proximidade das partículas de combustíveis em relação ao ar que circula á volta delas. A compactação é uma característica com efeito oposto à continuidade. A taxa de propagação aumenta com a continuidade e diminui com a compactação. Deste modo, quanto menor a relação peso/volume, maior o potencial de propagação do fogo (Soares et al, 2007 cit. Pereira, 2009). Afeta a taxa de secagem, pois quanto mais espaço ou ar existir mais rapidamente os combustíveis secam e maior será a velocidade de propagação, pois o oxigénio permite que o fogo se propague mais rapidamente (Botelho, 2010).
Nas camadas mais profundas dos combustíveis florestais existe apenas circulação de ar e a eliminação da humidade torna-se mais difícil, logo permanecem húmidas durante mais tempo do que as camadas superiores. Mas se pelo contrário, ocorrer um período de tempo prolongado sem chuva, estas camadas inferiores secam e as camadas superiores humedecem com mais facilidade, sendo suficiente o orvalho matinal, uma elevada humidade relativa do ar ou uns ligeiros chuviscos (Ruiz, 2004). A distribuição espacial dos estratos, continuidade horizontal (no estrato) e vertical (entre
estratos), tem uma influência crucial na possibilidade, velocidade e intensidade de propagação do fogo (LPN(a), 2007).
O conteúdo de humidade dos combustíveis mortos varia principalmente em função da variação da humidade relativa, temperatura do ar e da precipitação (Batista, s/data).
Segundo Lara (1989), cit. Morais (1995), para além dos fatores meteorológicos enunciados, existem outros que têm também grande influência na quantidade de água dos combustíveis, tais como o vento, a estação do ano e a topografia.
Todos os fatores enunciados, excetuando a topografia têm influência direta na humidade dos combustíveis, que será mais evidente nos combustíveis mortos, pois estes refletem de forma mais direta as condições meteorológicas locais.
A humidade relativa do ar é responsável pelo teor de humidade dos combustíveis, sobretudo dos mais finos. Este parâmetro meteorológico depende em parte da temperatura, logo varia ao longo do dia, sendo mais elevada no início da manhã e baixando com o aumento da temperatura do ar.
A precipitação sob a forma de chuva, neve ou neblina atua humedecendo diretamente o combustível e indiretamente incrementando a humidade do ar e do solo. O número de dias de chuva e respetiva quantidade fazem variar o teor de humidade dos combustíveis variando com o tipo (grosso ou fino). A precipitação é segundo Forberg (1977), cit. Morais (1995), o principal fator climático na determinação do teor de humidade dos combustíveis.
O vento provoca alterações na humidade dos combustíveis de forma indireta, uma vez que influencia a temperatura e a humidade do ar. Segundo Trabaud (1989), cit. Morais (1995), o vento retira a humidade dos combustíveis quando se encontram expostos podendo ter um efeito contrário quando estes estão secos, devido à sua ação refrescante.
As condições climatéricas variam muito ao longo do ano, de acordo com as estações, influenciando o conteúdo de humidade da planta e a humidade de que esta dispõe. Carvalho (2002), refere que a humidade dos combustíveis mortos pode variar entre 2% e 200%, podendo superar os 200% para a manta morta florestal após chuva prolongada. Segundo a mesma autora, o teor de humidade dos combustíveis mortos poderá atingir limites inferiores de 1 a 2% em condições de seca extrema, sendo o valor é usualmente inferior a 30%, atingindo em alguns casos 40%, não permitindo que o fogo se propague.
A topografia influencia indiretamente a quantidade de água dos combustíveis. A exposição e o declive afetam a quantidade de vento e radiação que uma encosta poderá receber e logo levará a alterações na quantidade de humidade do combustível. As
encostas viradas a Norte são mais húmidas e frias, porque recebem menos luz direta, já as encostas viradas a Sul são mais quentes.
De acordo com Molchanov (1965), cit. Pereira (2009), os primeiros trabalhos sobre a manta morta florestal tiveram início em 1876 e realizaram-se na Alemanha por Ebermayer. Segundo o mesmo autor, o arranjo vertical do material combustível morto “A0” é constituído por uma camada superior, pouco decomposta; uma camada média, medianamente decomposta; e camada inferior, bem decomposta, em que para além de matéria orgânica haverá também partículas minerais. A camada superior corresponde à matéria orgânica não decomposta, que anualmente aí se vai depositando. No perfil de solos florestais, designa-se por A0 a manta morta, constituída por restos de folhas, ramos, escamas dos gomos, frutos, flores, cascas e plantas mortas.
Morozov (1926), cit. Pereira (2009), diz que o estudo do comportamento da humidade da manta morta é de grande interesse prático e a sua determinação revela grande importância para a previsão do comportamento do fogo, dada a sua capacidade de retenção de água.
2.1. Métodos de avaliação da humidade do combustível
Depois da apresentação das diferentes formas de modificar a humidade dos combustíveis florestais, da sua influência no início, propagação e no comportamento do fogo e que fundamentam a sua medição, será de grande interesse conhecer mais um pouco sobre os métodos que permitem a sua avaliação. Por outro lado, existem várias metodologias para a previsão do risco meteorológico de incendio florestal, assim como para a previsão do comportamento e propagação do fogo. Apenas a título de exemplo, podemos citar como exemplo dos primeiros e entre outros, “The Forest Fire Danger Meter”, conhecido como FFDM e desenvolvido na Austrália e o “The Canadian Forest Fire Weather Index System”, mais conhecido como FWI, desenvolvido no Canadá e que constitui a base para diversos sistemas em outros países. Como exemplo do segundo, destacamos o sistema BEHAVE e FARSITE, ambos criados nos Estados Unidos. Estes sistemas utilizam a humidade do combustível como variável de entrada básica para os seus cálculos, o que reforça ainda mais a necessidade da sua determinação.
As várias técnicas para a estimativa do teor de humidade do combustível floresta incluem métodos diretos e indiretos. Os métodos diretos são mais exatos, mas como é necessário efetuar a colheita do material no campo e a sua secagem no laboratório, não têm aplicação direta no terreno. De entre os métodos diretos podemos destacar a avaliação da humidade por secagem em estufa e os métodos químicos. Os métodos indiretos são menos precisos, mas têm a vantagem de permitir a determinação da humidade diretamente no campo. Nestes últimos incluem-se os modelos de estimativa da humidade, programas informáticos, técnicas elétricas e mecânicas de determinação da humidade bem como o método dos combustíveis semelhantes (Ruiz, 2004).
Além destes métodos para a avaliação da humidade dos combustíveis, refere-se também a interpretação de imagens de satélite para determinação do nível de stress hídrico dos vegetais. Este método utiliza-se para os combustíveis florestais vivos e está associado a índices de perigo e risco de incêndio florestal, tem deste modo uma aplicação ao nível do planeamento e da gestão florestal (Ruiz, 2004).
2.1.1. Medição da humidade do combustível por secagem em estufa
Esta técnica é também chamada técnica de determinação da humidade por gravimetria. A amostra é colocada num forno ou estufa até que o seu peso se mantenha constante. Alguns autores propõem temperaturas e tempos de secagem diferentes dependendo do tipo de combustível. Será feita uma explicação mais pormenorizada deste método no ponto 3.4. deste trabalho. É geralmente utilizado para trabalhos de investigação e tido como referência para avaliar a exatidão de outros métodos. É uma técnica bastante fiável, mas de acordo com Tolhurst et al. (1999), cit. Ruiz (2004), está também sujeito a variações entre 1 e 2%, dependendo de como se pesam e secam as amostras. Também poderão ocorrer sobrevalorizações dos teores de humidade, se o combustível for rico em substâncias voláteis (como por exemplo as folhas de eucalipto), que de forma evidente, aumentam a perda de peso provocada pela evaporação destas substâncias que é produzida pelo aumento da temperatura e que contará como perda de água. Apesar disto, a determinação do teor de humidade por secagem em estufa é considerado um método seguro e exequível, já que não é necessário nenhum aparelho ou dispositivo muito sofisticado, nem excessivamente caro, apenas uma balança e uma estufa. Contudo, não é o método ideal para a determinação do teor de humidade antes da realização do fogo controlado ou para a previsão do comportamento de um fogo que
esteja ativo, pois não permite uma determinação rápida dos teores de humidade dos combustíveis, além de ser necessário levar as amostras para o laboratório. Norum e Fisher (1980), cit. Ruiz (2004), possibilitam a substituição do forno ou estufa por um micro-ondas, encurtando desta forma o tempo necessário para secar o combustível. Segundo os autores, neste caso, deverá ter-se especial cuidado, já que as amostras se poderão queimar com alguma facilidade. Além disso é uma técnica apenas aconselhável para a manta morta e restos lenhosos, mas não deve ser utilizada para combustíveis finos e vivos.
2.1.2. Métodos químicos
Na determinação da humidade através de métodos químicos podem seguir-se várias técnicas desenvolvidas por diferentes autores, tais como:
– Método de avaliação de Karl-Fisher, considerado o mais exato, mas que se utiliza muito pouco pois precisa de grandes conhecimentos na área da química;
– Método de destilação com xileno, cuja aplicação é mais simples que o anterior, utilizando-se com frequência para testes sobre o comportamento do fogo em laboratório e especialmente indicado para materiais ricos em substâncias voláteis; – “Speedy Moisture Meter” que é uma técnica de avaliação da humidade do solo que
se adaptou aos combustíveis florestais mais finos, de todos os métodos químicos enunciados é o único que se pode aplicar diretamente no campo. Consiste na introdução de uma amostra de combustível com um determinado peso e cortada em pequenos pedaços, à qual se adiciona carbonato de cálcio, num recipiente cilíndrico pressurizado. A quantidade de acetileno que se produz, medida através da pressão que o gás exerce sobre a câmara é proporcional à humidade do combustível. O equipamento necessário não é muito caro, mas será necessário ter precauções com a preparação da amostra, manipulação do carbonato de cálcio e na manutenção do cilindro em bom estado. Além disso, a humidade obtida terá que ser ajustada a cada tipo de combustível e a sua amplitude de medição está limitada entre os 7 e os 50% de humidade.
2.1.3. Modelos de estimativa da humidade do combustível
Os modelos de estimativa da humidade pretendem substituir os inconvenientes dos métodos apresentados anteriormente. Permitem estimar o conteúdo de água de um combustível em função de algumas variáveis do meio. Os mais antigos utilizavam gráficos e tabelas, os mais recentes apresentam-se sob a forma de expressões matemáticas e programas informáticos. Para que o modelo tenha alguma utilidade prática, as variáveis em que se baseia terão que ser fáceis de medir. As que se utilizam com mais frequência são a humidade relativa e a temperatura do ar, no entanto existem outros que requerem variáveis como a quantidade ou duração da precipitação, a velocidade e direção do vento, o declive e exposição do local, a percentagem de sombra sobre o combustível ou a época do ano e hora do dia. Pode-se salientar, como exemplos os modelos de Rothermel (1983) e Rothermel et al. (1986), cit. Ruiz (2004). Existem ainda outros modelos que dão o conteúdo de humidade do combustível em função do seu valor de equilíbrio, destes podemos destacar o de Fosberg e Deeming (1971) ou o de Van Wagner e Pickett (1985), ambos cit. Ruiz (2004). Nestes casos o conteúdo de humidade de equilíbrio também terá que ser estimado.
Em conclusão podemos acrescentar que os modelos de estimativa da humidade são geralmente fáceis e rápidos de aplicar e a medição da humidade pode ser feita no campo. Contudo, com um modelo nunca se obtém a mesma exatidão do que com os métodos diretos (Travitt,1988, cit. Ruiz, 2004).
2.1.4. Métodos elétricos
A determinação da humidade dos combustíveis florestais através de métodos elétricos baseia-se em técnicas que assentam na relação que existe entre a humidade e algumas propriedades elétricas dos combustíveis: a resistência e a capacidade. Os aparelhos usados para medir as propriedades elétricas têm a vantagem de ser portáteis e de utilização simples e rápida. Contudo, os resultados obtidos não possuem tanta exatidão como os obtidos através de métodos diretos (Ruiz, 2004).
2.1.4.1. Aparelhos de medição baseados na relação entre a resistência elétrica e a humidade dos combustíveis
Os aparelhos de medição baseados na relação entre a resistência elétrica e a humidade dos combustíveis possuem elétrodos que se põe em contato com a amostra. A resistência é medida ao aplicar-se uma corrente entre ambos e o seu valor transforma-se manual ou automaticamente em humidade. Embora existem diversos aparelhos deste género, a maior parte não foram criados para os combustíveis florestais, mas para avaliar a humidade da madeira com fins industriais ou para utilizações no campo agrícola. Contam ainda com outra grande desvantagem que é o facto de não funcionarem abaixo dos 10% de humidade, sendo justamente abaixo deste valor que reside maior interesse na determinação exata do conteúdo de água dos combustíveis devido à sua repercussão na probabilidade de ignição e no comportamento do fogo. Alguns exemplos: medidor de humidade de Marconi, o Protimeter, medidor Granitec e o medidor de humidade Wiltronics T-H. Este último é o único específico de combustíveis florestais finos, funcionando entre teores de humidade dos combustíveis dos 3 aos 200%. A correta utilização deste método depende da amostra ser o mais homogénea possível e da seleção da curva de calibração ser adequada (Chatto et al., 1997, cit. Ruiz, 2004).
2.1.4.2. Aparelhos baseados na relação entre a capacidade elétrica e a humidade do combustível
Os aparelhos de medição baseados em relações entre a capacidade elétrica e a humidade do combustível (métodos dielétricos) têm como base o facto da constante dielétrica (capacidade do combustível absorver e armazenar energia) e o fator de perda dielétrica (proporção de energia armazenada que é perdida) aumentarem com a subida da humidade do combustível. Os aparelhos podem ser de vários tipos: medidores de capacidade (medem a constante dielétrica), medidores de perda de potência (medem o fator de perda dielétrica) e medidores de admissão de capacidade (medem ambas as variáveis). De acordo com alguns autores citados por Ruiz (2004), estes aparelhos não são tão exatos, nem tão apropriados para aplicações florestais como os que medem resistências, já que a relação entre a capacidade e a humidade da amostra está condicionada pela temperatura e por variações na densidade do material. De entre estes
aparelhos salientamos o DMM600, um aparelho portátil, que se baseia na relação que existe entre a humidade e as propriedades dielétricas dos combustíveis. É um método expedito para a avaliação da humidade da manta morta florestal, permitindo a medição diretamente no campo em tempo real. O DMM600 fornece valores de humidade volumétrica que poderão ser convertidos em valores de humidade gravimétrica.
De acordo com Garlough (2010), os valores de humidade volumétrica obtidos nas medições dos combustíveis florestais com o DMM600, mostraram uma tendência semelhante aos calculados em laboratório.
2.1.5. Métodos mecânicos
Os métodos mecânicos para determinação da humidade do combustível florestal iniciaram-se em 1927, quando McCarthy observou que o ângulo de rutura de uma folha ao ser dobrada tinha uma relação com a sua humidade. Definiu assim cinco categorias para essa variável em função da flexibilidade da manta morta de algumas espécies. Alguns anos mais tarde, mais precisamente em 1984, Johnson propôs outro método de avaliação da humidade no campo, que consistia em curvá-las manualmente até que se provoque a sua rutura, que por sua vez estava relacionada empiricamente com a humidade do combustível. Posteriormente, outros autores sugeriram métodos parecidos com o descrito, até que em 1991, Burrows concebeu um aparelho que consistia em quatro lâminas metálicas de 10 cm de comprimento por 5 cm de largura unidas entre si, exceto nos extremos. Através deste método e com o auxílio de um transferidor propôs a determinação rápida e diretamente no campo da humidade das agulhas mortas de pinheiro bravo. Este método necessita de ser repetido com pelo menos 30 agulhas para se obter um ângulo de rutura ou quebra médio e reduzir o erro inerente à sua utilização (Ruiz, 2004).
2.1.6. Método dos combustíveis semelhantes
Este método é muito simples e que consiste em comparar com a humidade dos combustíveis florestais a humidade obtida com materiais semelhantes, cujo peso seco
seja previamente conhecido. Utilizam-se dois tipos de combustíveis de referência as varas de risco e sacos de malha, para conhecer a humidade deste material, em qualquer momento é suficiente pesá-los, uma vez que o seu peso seco já se conhece. O sucesso deste método depende se os combustíveis parecidos ou semelhantes são equivalentes aos que procuramos saber o teor de humidade e ao facto de se encontrarem nas mesmas condições. Com o passar do tempo, devido aos efeitos climatéricos (sol, chuva e vento) e ao uso do material, as amostras perdem algum peso e sujam-se, levando a um aumento do erro do valor da humidade obtida. Será então aconselhável substituir o material a cada mês e como precaução deverão colocar-se os combustíveis de referência uns dias antes, de modo a que a sua humidade se equilibre com a humidade ambiental e com a dos combustíveis que estão à sua volta. Esta técnica tem sido utilizada tanto nos Estados Unidos como na Austrália, onde continua a ser utilizada com alguma frequência (Ruiz, 2004).
3. METODOLOGIA
3.1. Área de estudo
O local onde decorreu a recolha do material para cumprir com o primeiro objetivo deste trabalho foi o arboreto da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro (UTAD), em Vila Real, à altitude aproximada de 450m. Os povoamentos escolhidos para exemplificar o uso do DMM600 situam-se em Soutelinho do Monte, concelho de Vila Pouca de Aguiar, no distrito de Vila Real.
Vila Real situa-se numa zona de transição entre a Terra Fria e a Terra Quente. Devido à sua situação geográfica (as Serras do Marão e Alvão atuam como barreiras naturais), possui um clima de extremos com um Inverno bastante prolongado, sendo o frio constante, chegando as temperaturas frequentemente abaixo dos 0°C e um Verão bastante quente. As diferenças de temperatura são bastante bruscas, dando estas características origem ao provérbio "nove meses de Inverno e três meses de inferno".
Da análise dos parâmetros climatológicos no período de 1951 a 1980, verifica-se que a temperatura média anual se situa nos 13ºC, a humidade relativa ronda os 71%, a média da precipitação total é de 1200 mm e o número de dias com geada está próximo dos 33 dias por ano (MADRP, 2006).
3.2. Caraterização das espécies usadas neste estudo
O arboreto da UTAD possui uma grande variedade de espécies, desde autóctones a exóticas, encontrando-se espécies resinosas e folhosas. A sua distribuição não é uniforme, pois tanto podemos encontrar exemplares dispersos no meio de outros como aglomerados em determinado local. Assim na escolha das espécies e exemplares, teve-se em conta o facto de apenas algumas possuírem manta morta em quantidade suficiente para se poder efetuar a respetiva medição da humidade e recolha de amostras. As espécies que permitiram fazer esse trabalho no arboreto foram:
– Resinosas: pinheiro bravo (Pinus pinaster), pinheiro silvestre (Pinus sylvestris), pinheiro mugo (Pinus mugo), lariço europeu (Larix decidua), pseudotsuga (Pseudotsuga menziesii) e outros pinheiros Pinus spp.;
– Folhosas: medronheiro (Arbutus unedo), castanheiro (Castanea sativa) e carvalho roble (Quercus robur).
Para exemplificar um uso potencial do DMM600 selecionaram-se três espécies florestais existentes na região de estudo, uma por cada um dos tipos florestais dominantes em Portugal, ou seja resinosas, folhosas de folha persistente e folhosas de folha caduca. Assim, as amostras foram recolhidas em povoamentos de pinheiro bravo (Pinus pinaster), eucalipto (Eucalyptus globulus) e carvalho roble (Quercus robur).
Pinheiro bravo (Pinus pinaster) é uma conífera com grande expressão na faixa atlântica do sudoeste da Europa, nomeadamente em Portugal, onde a sua distribuição atual resulta principalmente da ação humana e coincide com a faixa litoral desde as bacias do Tejo e Sado até ao Minho, prolongando-se para o interior nas regiões Norte e Centro. Trata-se da nossa resinosa autóctone mais representativa e com um peso económico-social considerável. O pinheiro bravo pode atingir entre 20 e 40 m de altura e 40 a 50 cm de diâmetro à altura do peito quando atinge a fase adulta. A idade máxima poderá chegar aos 200 anos de idade, mas normalmente não ultrapassa os 100 anos. Considerada uma espécie de grande plasticidade no que concerne as condições climáticas em que sobrevive, pois podemo-la encontrar em quase todo o país, com exceção do Alentejo interior. As principais caraterísticas climáticas no nosso país são: uma precipitação média anual de 800 mm, dos quais 100 mm deverão ocorrer na estação seca; A temperatura deverá estar entre os 8 e os 15ºC. Relativamente ao tipo de solo, o pinheiro bravo prefere solos permeáveis, sem necessidade de solos muito profundos e é pouco exigente no que toca à exigência em minerais. Ecologicamente é espécie pioneira da sucessão ecológica, uma vez que tem facilidade em vingar mesmo em solo nu ou muito degradado, contribuindo para a melhoria das condições edafoclimáticas, contribuindo para um aumento da matéria orgânica no solo e oferecendo condições para que outras espécies sobrevivam debaixo da sombra da sua copa. O pinheiro bravo é uma das espécies mais suscetíveis aos fogos florestais, devido às suas caraterísticas, como a presença de compostos voláteis (resina) que a torna altamente inflamável o que explica que nos últimos anos tenha sofrido uma considerável redução da sua área (LPN(b), Pinhais e Eucaliptais – A floresta cultivada, 2007).
Pinheiro silvestre (Pinus sylvestris) também chamado “pinheiro casquinha” é uma resinosa utilizada sobretudo em zonas de altitude. Segundo Almeida e Marques, s/d espécie autóctone em Portugal, embora só na Serra do Gerês se encontrem alguns exemplares que não resultam de plantação, é o pinheiro que ocupa maior extensão a
nível mundial. Em Portugal esta espécie foi amplamente utilizada pelos Serviços Florestais no século passado com recurso a semente estrangeira. A maior parte dos povoamentos encontra-se instalada na região de Trás-os-Montes e Alto Douro.
Pinheiro mugo (Pinus mugo) é uma resinosa sem porte arbóreo, sem tronco único, atingindo entre 3 e 10 m de altura. Espécie originária do centro da Europa, pode encontrar-se a altitudes de 1600 a 2700 m. Prefere solos neutros ou ligeiramente ácidos, apesar de tolerar a seca, requere alguma humidade para o seu crescimento. Gosta de locais soalheiros, mas tolera bem o frio, o vento e a exposição marítima (Loureiro, 2005).
Lariço europeu (Larix decidua) é uma conífera de folha caduca e crescimento rápido, proveniente das zonas frias do Hemisfério Norte. Pode atingir de 35 a 50 m de altura. Prefere o clima Continental, com invernos rigorosos e verões curtos, a altitude poderá ir até aos 2500 m. Como espécie heliófila gosta de locais arejados e soalheiros e prospera em solos bastante húmidos, mas bem drenados, frescos e profundos (Loureiro, 2005).
Pseudotsuga (Pseudotsuga menziesii) é uma resinosa de crescimento rápido, originária da região costeira do Pacífico nos Estados Unidos da América e Canadá. É uma espécie de tolerância intermédia, que regenera preferencialmente em zonas de clareira de florestas naturais, vegeta em condições de clima temperado oceânico com uma pluviosidade média anual de 1250 mm e temperatura média anual 10ºC, podendo variar dos 3ºC (temperatura média em Janeiro) aos 18ºC (temperatura média em Julho). Tem preferência por solos com pH entre 5 e 5.5, reage mal a solos encharcados e apresenta elevada sensibilidade a zonas ventosas. A sua utilização está recomendada nas zonas serranas, acima dos 700 ou 800 m. Trata-se de uma resinosa muito importante por apresentar crescimentos significativamente mais rápidos que outras resinosas e se julgar ser uma das mais favoráveis na evolução dos solos onde se instala (Loureiro, 2005).
Medronheiro (Arbutus unedo) é uma ericácea autóctone, que podemos encontrar em todo o país. Uma planta de porte arbóreo ou arbustivo que atinge os 5 a 10m de altura. É muito conhecida e importante do Mediterrâneo, especialmente em Portugal, tanto pela sua utilização como planta ornamental (devido as flores e frutos muito vistosos), como pelo fruto comestível, nomeadamente utilizado na produção de aguardente de medronho, sendo conhecida também a sua aplicação a nível medicinal. É uma espécie com preferência por solos siliciosos embora tolere os calcários. Tolera
também o ensombramento e climas secos com baixa pluviosidade. Podemos encontrá-la até aos 1200 m de altitude. É uma espécie que renova através do cepo e que pode viver mais de 200 anos (Loureiro, 2005).
Castanheiro (Castanea sativa Mill.) é uma espécie da família das Fagáceas, de folha caduca que pode atingir milhares de anos de idade e chegar aos 20 a 30 m de altura. Até aos 50-60 anos o seu crescimento é bastante rápido, retardando depois até ao fim da vida. Esta árvore foi em tempos chamada “árvore do pão”, dada a qualidade nutritiva do seu fruto - a castanha. Ocorre por toda a Europa do sul, podendo ser encontrado na Inglaterra, Alemanha e em todo o Norte de França. Em Portugal tem a sua área natural em Trás-os-Montes e Beira Alta e ainda em pequenos núcleos no Fundão, Portalegre, Alcobaça e Monchique. Em termos ecológicos, o castanheiro prefere climas temperados, suportando bem os frios invernais, mas não apreciando os gelos tardios de primavera. A altitude ideal está compreendida entre os 400 e os 1000 m, podendo ir até aos 1100 m. Como espécie mesófila adapta-se bem em zonas com precipitação média anual de 800 a 1600 mm e tolera mal os estados de secura nos meses de verão. Relativamente à luz é considerada uma espécie heliófila. No que concerne ao tipo de solo, como a maior parte das folhosas prefere solos férteis, profundos, permeáveis e arejados, agradecendo solos ricos em matéria orgânica (Loureiro, 2005).
Carvalho roble (Quercus robur), também conhecido como carvalho alvarinho é uma espécie autóctone e a caducifólia mais abundante em toda a Europa. Não apresenta grandes povoamentos, com exceção de algumas zonas como o Parque Nacional da Peneda-Gerês. É uma espécie de grande longevidade, podendo viver acima dos 500 anos e consequentemente de crescimento lento, necessitando de 60 anos para atingir a sua maturidade. De entre os carvalhos presentes no nosso país é o que consegue atingir maior altura, chegando aos 40 m. Quanto às condições favoráveis para o seu desenvolvimento sabe-se que a pluviosidade média anual se deverá situar entre os 1000 e os 1800 mm; os solos ideais são profundos, férteis e siliciosos, preferindo solos ligeiramente ácidos.
O carvalhal é a etapa mais evolutiva da sucessão biológica, não sendo no entanto uma comunidade dependente do fogo, quando este acontece de forma persistente poderá conduzir ao seu desaparecimento, no entanto, caso não ocorram novas agressões o carvalhal poderá retomar a sua posição dominante (LPN(c), Os carvalhais – Um património a conservar, 2007).
Eucalipto (Eucalyptus globulus) é uma espécie originária da Austrália que chegou a Portugal há menos de duzentos anos. A variedade globulus é a dominante no nosso país e ocupa uma área significativa da floresta no nosso país, sendo uma espécie com interesse económico-social, nomeadamente para produção da pasta de papel.
As condições ideais para uma boa produtividade são Invernos suaves, sem ocorrência de geadas e temperaturas abaixo dos -10ºC, precipitação anual superior a 700 mm, solos férteis e elevada disponibilidade de água. Esta espécie tem grande capacidade de rebentar vigorosamente por toiça, o que reforça a sua elevada produtividade e também facilita a resposta ao fogo, principalmente quando ocorrem em povoamentos adultos (LPN(b), Pinhais e Eucaliptais – A floresta cultivada, 2007).
3.3. O Duff Moisture Meter 600
O DMM600 é um aparelho cilíndrico com uma pequena câmara numa das extremidades e um mostrador na outra. Possui um pequeno crivo, (figura 1), que funciona como uma peneira e tem como finalidade facilitar a fragmentação do material recolhido e evitar a entrada para a câmara de pequenas pedras de modo a uniformizar e facilitar o contato do material com as paredes do aparelho. Este aparelho é resistente, leve, portátil e funciona a bateria. Permite obter a humidade do combustível florestal, através da relação que existe entre o material e as propriedades dielétricas dos combustíveis, de forma expedita e diretamente no campo, sem exigir muito tempo na preparação das amostras. O teor de humidade obtido é expresso em função do respetivo volume (Campbell, 2002).
Foi desenvolvido pela Campbell Scientific, Inc. em colaboração com o USDA-Forest Service (United States Department of Agriculture) Rocky Mountain Research Station, e Missoula Technology and Development Center.
Figura 1: Medidor de humidade DMM600 e respetivo crivo.
3.4. Amostragem e determinação da humidade da manta morta
Este trabalho desenvolveu-se em duas etapas, respetivamente para calibrar o DMM600 e para exemplificar a sua aplicação. O processo de medição de humidade da manta morta florestal com o DMM600 foi idêntico nas duas etapas, mas na primeira etapa a medição da humidade da manta morta efetuou-se em várias espécies, no arboreto, enquanto na segunda etapa as medições se efetuaram em três povoamentos diferentes: pinhal bravo, eucaliptal e carvalhal. Para além disso, na primeira etapa efetuou-se a recolha de amostras em cada local, onde se efetuou a medição da humidade da manta morta com o DMM600, para posterior tratamento em laboratório e, na segunda etapa já não foi feita essa recolha, uma vez que já tínhamos encontrado a equação que permitia converter os teores de humidade obtidos com o DMM600 para teores de humidade expressos em função do peso seco.
3.4.1. Calibração do DMM600
A medição do teor de humidade da manta morta com o DMM600 seguiu as instruções contidas no manual do aparelho que se descreve de seguida. O aparelho era ligado, a tampa era retirada e o crivo colocado e fazia-se a colheita da amostra de manta morta florestal, definida como o horizonte de folhada em decomposição. A amostra era colocada no crivo, empurrada para a câmara onde entrava já com dimensões mais pequenas, facilitando deste modo o contato com as paredes do aparelho. O crivo era retirado e a tampa colocada, apertando-a rodando o parafuso até ouvir um som (bip). A partir desse instante aparecia no visor do aparelho, durante alguns segundos, o valor correspondente à humidade contida no combustível, expressa em volume.
A recolha das amostras de manta morta, no arboreto fez-se durante o mês de Março. As amostras eram levadas para o laboratório com o objetivo de determinar o respetivo valor de humidade e posterior comparação com os valores obtidos no campo e a recolha efetuada o mais próximo possível do ponto de medição do teor de humidade com o DMM600. Colocavam-se dois punhados de manta morta dentro de sacos de plástico que eram etiquetados de acordo com a sua proveniência e fechados. Seguidamente, as amostras eram levadas para o laboratório, pesadas, colocadas em recipientes individuais e levadas à estufa a 100ºC durante 48 horas, de modo a determinar a percentagem de humidade em relação ao peso seco. Retiravam-se as amostras da estufa e pesavam-se o mais rápido possível, para não absorverem humidade do ambiente. Para efetuar as pesagens utilizou-se uma balança eletrónica com precisão de 0,01 g.
O valor da pesagem do material antes da colocação na estufa dá-nos o peso húmido e após a secagem em estufa, o peso seco, estes foram utilizados para o cálculo da percentagem de humidade do combustível (% HC), através da aplicação da seguinte fórmula:
100
sec
sec
%
o
Peso
o
Peso
húmido
Peso
HC
A relação entre os valores de humidade da manta morta determinados por secagem em estufa (% peso seco) e através do DMM600 (% volume) determinou-se através de regressão linear. Este método permite estimar o valor esperado de uma variável y, dados os valores de algumas outras variáveis x. Regressão linear é chamada
"linear" porque se considera que a relação da resposta às variáveis é uma função linear de alguns parâmetros. Os modelos de regressão que não são uma função linear dos parâmetros se chamam modelos de regressão não-linear. Sendo uma das primeiras formas de análise regressiva a ser estudada rigorosamente, e usada extensamente em aplicações práticas. Isso acontece porque modelos que dependem de forma linear dos seus parâmetros desconhecidos, são mais fáceis de ajustar que os modelos não-lineares aos seus parâmetros, e porque as propriedades estatísticas dos estimadores resultantes são fáceis de determinar 1.
Para determinar se a relação entre as humidades encontradas pelos dois métodos era sensível ao tipo genérico de folhada (resinosas, folhosas, mista) efetuou-se uma análise de variância que nos permitiu obter uma equação que possibilitará a conversão dos valores de humidade medidos com o DMM600 para valores de humidade em percentagem do peso seco.
3.4.2. Utilização do DMM600 na avaliação da variação espacial da humidade da manta morta
Para cumprir a segunda etapa do trabalho, fez-se a medição do teor de humidade com o DMM600 nos três tipos de povoamento mencionados no ponto 3.1. (Pinus pinaster, Eucalyptus globulus e Quercus robur), numa área de 100 m2, de 2 em 2 m, tendo para isso utilizado uma fita métrica e vários objetos que serviam para marcar os vários pontos de medição na grelha criada e que se esquematiza na figura 2. Deste modo, em cada povoamento efetuaram-se 36 medições, cujos resultados se apresentam nos quadros 1, 2 e 3 do anexo II.
1
Figura 2: Esquema dos pontos de medição do teor de humidade com o DMM600 em três tipos de
povoamentos florestais.
O povoamento de pinheiro bravo onde se fez a amostragem é um povoamento puro com cerca de 30 anos, em regime de alto fuste e grau de cobertura muito denso. Está situado num local praticamente plano, sem exposição dominante, a uma altitude de 670 m e é atravessado por várias linhas de água temporárias. As medições de humidade foram feitas no dia 21 de Maio de 2011, num dia de céu limpo, três dias após a ocorrência de uma trovoada.
O local onde foram efetuadas medições para determinar o teor de humidade no povoamento de eucalipto, apresenta características topográficas muito semelhantes ao do pinheiro bravo. Trata-se de um povoamento puro em regime de alto fuste, com aproximadamente 12 anos e grau de cobertura mais baixo comparativamente ao observado no pinheiro bravo. A atividade experimental para medição do teor de humidade foi efetuada no dia 31 de Maio de 2011, num dia de céu limpo.
Quanto ao povoamento de carvalho, trata-se de um povoamento puro, com uma cobertura fraca e diferentes classes de idade, resultante da regeneração natural ocorrida, e no subcoberto existe muita vegetação arbustiva e herbácea. A topografia do terreno também difere dos outros povoamentos estudados, uma vez que existe um declive pronunciado com exposição dominante a Nordeste. As medições da humidade foram realizadas no dia 7 de Junho de 2011, em condições de nebulosidade, após a ocorrência de trovoadas.
3.5. Distribuição espacial da humidade
Após o tratamento dos dados da primeira etapa do trabalho fez-se a aplicação da equação encontrada e aplicou-se o método da krigagem utilizando o software ArcGIS, com o objetivo de conhecermos a variação espacial da humidade da manta morta.
Com o intuíto de se verificar a existência de um processo de autocorrelação espacial inerente aos dados, a análise descritiva dos valores experimentais deverá anteceder o uso de ferramentas geoestatísticas. Essa análise envolve cálculos estatísticos básicos e a sua comparação para diversas zonas e direções do espaço (Matos, 2008). Para Li, et al., 2008 a geoestatística define um conjunto de procedimentos matemáticos que permite reconhecer e descrever relacionamentos espaciais existentes. Neste processo, admite-se que a posição de uma amostra é tão importante quanto o valor medido.
Em geoestatística existem vários métodos de interpolação espacial. Este processo utiliza vários pontos com valores conhecidos para estimar os valores de outros pontos, sendo que a interpolação espacial está relacionada com um conjunto de técnicas que visam a criação de superfícies contínuas a partir de amostras pontuais. A interpolação em Sistemas de Informação Geográfica (SIG) baseia-se no pressuposto de que os pontos que estão mais próximos no espaço tendem a apresentar valores de atributos semelhantes. Essa propriedade é conhecida como autocorrelação espacial positiva. Os métodos de interpolação baseiam-se na existência de um gradiente contínuo e regular, que poderá ser ou não linear, entre os pontos de amostragem. Os métodos de interpolação podem ser globais quando consideram toda a população de pontos, ou locais quando consideram uma zona próxima ao ponto que está a ser interpolado. Os tipos de interpoladores podem ser determinísticos, que não permitem a avaliação de erros associados aos valores previstos ou estocásticos, que permitem a avaliação de erros de previsão com base na estimativa das variâncias. Já as técnicas de interpolação que preveem valores idênticos aos medidos são chamados interpoladores exatos e os que predizem um valor diferente do medido são os interpoladores inexatos (Li et al., 2008).
A krigagem é um método de interpolação local, estocástico e exato. Foi um método desenvolvido para interpolação de dados dispersos e pouco abundantes, que analisa componentes espaciais, tais como variações determinísticas (tendências ou níveis), dados autocorrelacionados espacialmente e ruído não correlacionado (possibilidade de existirem erros pontuais). Este método tem uma boa aplicação em dados nos quais se reconhece a existência de correlação espacial e/ou controle
direcional (pedologia, geologia, geomorfologia e oceanografia). Na krigagem, antes da interpolação, faz-se uma análise da estrutura espacial dos dados, considerando sua variância e correlação. As principais vantagens da krigagem em relação a outros métodos de interpolação são o facto de considerar o número de pontos necessário para se calcular uma média local, integra as caraterísticas espaciais dos pontos amostrais (tamanho, orientação e forma de distribuição), otimiza a interpolação através do uso de pesos e aponta a incerteza através da estimativa da confiabilidade da superfície interpolada. Dos vários tipos de krigagem salientamos dois: a ordinária, utilizada neste trabalho, assume que a média local não é necessariamente próxima da média da população; a universal utiliza-se quando se espera que haja uma tendência de variação dos valores médios entre as amostras (Li et al., 2008).
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Calibração do DMM600
A calibração do DMM600 foi feita no arboreto da UTAD, na época de verão. Durante este procedimento, a amostragem incidiu sobre manta morta com diferentes teores de humidade. A ampla variação observada serve os objetivos deste estudo, na medida em que permite estabelecer uma relação sólida entre a humidade medida com o DMM600 e a obtida pelo método de secagem da manta morta em estufa (humidade em percentagem do peso seco).
Os valores obtidos no quadro I, sugerem uma forte correlação entre ambos os métodos de medição da humidade. Os povoamentos mistos foram os que registaram valores mais baixos de humidade, já os valores mais elevados foram observados nos povoamentos de folhosas. A variação da humidade estimada por amostragem destrutiva foi mais alta nos povoamentos de resinosas, onde o valor máximo da humidade (% peso seco) é quase 13 vezes maior do que o valor mínimo, possivelmente porque o número de medições foi substancialmente mais elevado em pinhal. Globalmente, os valores de humidade referidos ao peso seco (%) são em média seis vezes superiores aos valores de humidade referidos ao volume (%) e obtidos com o DMM600.
Quadro I: Teores de humidade da manta morta no arboreto da UTAD, por tipo de floresta.
Tipo n
H (% peso seco) H DMM600 (% volume)
Média Mínimo Máximo Média Mínimo Máximo
Folhosas 7 166 43 236 26 8 33
Mistos 6 35 20 99 8 5 18
Resinosas 45 96 17 216 16 3 28
A análise genérica do quadro I é reforçada pelo tratamento estatístico dos dados, em que a correlação entre a humidade obtida por secagem em estufa e a humidade medida com o DMM600 foi altamente significativa (p<0,001). Ao acrescentar ao modelo o tipo de folhada (figura 3), a análise de variância não revelou um efeito estatisticamente
significativo (p=0,2565). Podemos constatar após análise do gráfico do lado direito (figura 3), que os valores correspondentes a cada tipo de floresta são muito similares e os intervalos de confiança se sobrepõem. Deste modo, conclui-se que será suficiente a regressão entre as duas humidades para termos um modelo de predição, uma vez que o tipo de manta morta não afeta a relação.
Figura 3: Relação entre a humidade do combustível em relação ao peso seco, e a humidade do
combustível em relação ao volume (DMM600). O gráfico do lado direito mostra as médias ajustadas por tipo de manta morta, após consideração da humidade do DMM600.
O ajustamento de um modelo de regressão linear entre as duas variáveis da humidade resultou na seguinte equação:
Humidade estufa (%) = -0.960729 + 6.4945306 x Humidade DMM600 (%) (1)
sendo o número de amostras (n) igual a 58 (anexo I, quadro 1) e o coeficiente de determinação (R2) igual a 0,79. No entanto, o intercetor da equação (1) não é estatisticamente significativo (p=0,9036) o que implica a sua exclusão do modelo. Assim, obtemos simplesmente:
A equação (2) permite assim converter os valores da % de humidade obtidos com o DMM600 para valores de humidade expressos em % e referentes ao peso seco.
A figura 4 mostra a relação entre os valores das duas variáveis. O desempenho da equação (2) é razoável ao longo de todo o intervalo de observação da humidade do combustível. No entanto há maior dispersão em torno da reta de regressão para humidades (% peso seco) acima de 80%, o que pode ser causado por maior heterogeneidade associada a amostras mais hidratadas. Da análise da figura 4, podemos concluir que para valores mais elevados medidos pelo DMM600, o erro de predição da equação (2) é mais elevado para as folhosas.
Figura 4: Relação entre a humidade referida ao peso seco e a humidade referida ao volume
(DMM600) tal como dada pela Equação (2). Círculos brancos: resinosas; círculos negros: folhosas; asteriscos: manta morta mista.
