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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA BIOMETRIA FLORESTAL Eng. Florestal, Prof. Dr. César Augusto Guimarães Finger Dep. Ciências Florestais APRESENTAÇÃO A Engenharia Florestal como ciência, embora bastante antiga na Europa, é, para nós, recente, pois apresenta hoje apenas 46 anos. O seu primórdio entre nós, como curso universitário, teve lugar na Universidade Federal de Viçosa, MG, seguido de vários outros cursos, dentre os quais, o da Universidade Federal de Santa Maria, RS, em 1971. A ciência florestal brasileira, embora jovem, contribui de forma ímpar no aproveitamento e desenvolvimento dos recursos florestais, buscando sempre desenvolver técnicas apropriadas às condições de nossas florestas e de mercado. A Biometria, como ciência exerce, importante papel no âmbito da Engenharia Florestal, pois aborda a mensuração dos processos naturais dos componentes vegetais de uma floresta visando quantificar, qualificar e conhecer seu desenvolvimento e estado atual. Com o objetivo de facilitar o acesso dos estudantes às notas bibliográficas e a resultados de pesquisas realizadas reuniram-se anotações de aula, ordenadas em seqüência lógica. Este trabalho de Biometria Florestal originou-se do livro Fundamentos de Biometria Florestal, editado em 1991 pelo autor, e não pretende, de forma alguma, esgotar o assunto, mas apenas reunir informações de vários autores que se dedicaram ao tema fornecendo uma visão geral da matéria, deixando pormenores para pesquisas mais aprofundadas. Desta forma, recomenda-se sempre a complementação do estudo em obras específicas. A fim de torná-la mais acessível e didática, é apresentada a resolução de exemplos, mostrando procedimentos de cálculo. Santa Maria, março de 2006. César Augusto Guimarães Finger Biometria Florestal INTRODUÇÃO A Biometria Florestal é um dos ramos da ciência florestal que trata das medições das árvores e dos povoamentos, com o fim de avaliar os seus volumes, bem como estudar as leis que regem o seu crescimento ao longo do tempo. A palavra BIOMETRIA é de origem grega e significa medida da vida (BIO = vida; METRIA = medida). No caso específico florestal, identifica a medida das árvores. Segundo PRODAN (1968) a Biometria representa a combinação de todos os métodos estatísticos de registro e descrição dos processos da vida. A Biometria Florestal envolve, então, a avaliação dos princípios fundamentais das leis naturais e os métodos estatísticos importantes para a floresta. A origem da biometria florestal se deve à necessidade de o homem estimar ou determinar quantitativamente os recursos florestais, com objetivos comerciais, de manejo ou de pesquisa florestal. Hoje, a ciência florestal estuda e desenvolve métodos e equipamentos com objetivo de detectar quantitativa e qualitativamente as relações entre as variáveis dendrométricas diâmetro e altura com o volume de madeira das árvores e a capacidade de produção da floresta. O presente livro tem como meta apresentar temas que envolvem os métodos e os aparelhos empregados na mensuração de diâmetro, altura, volume, fator de forma, casca, incremento, distribuição de freqüência e funções de crescimento da árvore e do povoamento florestal, bem como uma rápida revisão de alguns conceitos estatísticos e de análise de regressão. A Biometria Florestal, também chamada de Dendrometria, como disciplina do curso de Engenharia Florestal da Universidade Federal de Santa Maria, resulta de uma divisão de conteúdos técnicos e científicos que têm continuidade no Inventário Florestal e no Manejo Florestal, sendo que o primeiro estuda e desenvolve métodos e equipamentos de medição e o segundo utiliza estes conhecimentos e equipamentos juntamente com a teoria estatística de amostragem no levantamento de informações a Biometria Florestal 2 campo que são usadas na elaboração, implementação e controle dos planos de manejo florestal. Assim, os conteúdos desta divisão resultam de critérios simples, buscando tornar a obra mais didática e de fácil compreensão. Biometria Florestal 3 2 PADRONIZAÇÃO DOS SÍMBOLOS FLORESTAIS Ao longo do desenvolvimento da ciência florestal tornou-se necessária a observação de critérios mínimos comuns na condução de experimentos florestais, a fim de tornar seus resultados comparáveis, assegurar que fossem conduzidos de mesma forma (conforme um plano inicial) por diferentes gerações de florestais, que fossem observados critérios mínimos de investigação, como o emprego de unidades amostrais testemunhas, entre outras. Desta necessidade foi criada, no ano de 1890, em Viena, a International Union of Forest Research Organization (IUFRO). A IUFRO, preocupada em facilitar a comunicação técnica e homogeneizar símbolos para as variáveis dendrométricas, evitando confusão nos meios técnicos e dificuldades na interpretação de resultados originados em diferentes regiões e/ou publicações de diferentes autores, nomeou, em 1953, uma comissão especial para estudar e elaborar uma padronização de símbolos dendrométricos. As recomendações dessa comissão foram aceitas pelo plenário do Congresso da IUFRO, em 1956, realizado em Oxford e, a partir de então, são usadas para definir as variáveis dendrométricas (Van Soest et al, 1959). Finger e Schneider (1988) as reproduziram e elas são a seguir, transcritas. 2.1 Símbolos de uso geral A simbologia para uso geral na mensuração florestal, de acordo com a recomendação da IUFRO, é apresentada na Tabela 1. Os símbolos são grafados em letras minúsculas, pois designam a variável dendrométrica da árvore. A grafia em letras maiúsculas deve ser reservada para indicar o total por unidade de área (Ex: V = volume por hectare, ou o total da população em esquemas amostrais). Nos casos em que seja necessário, para melhor identificar uma posição de medição ou situação específica, deve-se incluir complementações aos símbolos gerais, escritos conforme apresentados nas Tabelas 2 e seguintes. Biometria Florestal 4 TABELA 1 - Relação de símbolos gerais para uso na mensuração florestal Em alguns casos, podem ser adicionados sinais gráficos ou subscritos numéricos aos símbolos gerais, com a finalidade de tornar menos complexa a simbologia. Por exemplo, para expressar o incremento em diâmetro “ di ” entre as idades de 10 e 15 anos, pode-se usar o símbolo 1510di − ou di . A simbologia 1510di − apesar de clara, pode se tornar inconveniente quando em fórmulas matemáticas. Entretanto, a forma alternativa di pode se tornar ineficiente e complexa se houver necessidade de muitos sinais gráficos para representar as variáveis. Ex.: di , xvdi É recomendado ainda que as publicações, mesmo com pequeno número de símbolos, devem relacionar, em apêndice e independente de qualquer menção no texto, os símbolos utilizados, bem como a descrição precisa de seu significado. 2.2 Símbolos para definir a circunferência, diâmetro e área basal ao nível do peito A mensuração de variáveis ao nível do peito refere–se, para os países que utilizam o sistema métrico, a um ponto ao longo do eixo da árvore distante 1,30 metros em relação ao nível médio do solo. Símbolos Significado c circunferência d diâmetro f fator forma g área basal a 1,30m h Altura i incremento k quociente de forma n Número (de árvores, anos, etc...) p incremento em percentagem t Idade v Volume Biometria Florestal5 Os símbolos usados para a circunferência, diâmetro e área basal ao nível do peito são respectivamente c, d, g. Quando houver necessidade de tomar essas medidas em posição diferente a 1,30 m ou para definir uma grandeza específica dessa variável, são adicionados subscritos à direita do símbolo, conforme exemplificado nas Tabelas 2 e 3. TABELA 2 - Símbolos para definir circunferência, diâmetro e área basal ao nível de 1,30 m do nível médio do solo Símbolos Significado c circunferência ao nível de 1,30m de altura d diâmetro a 1,30 metro de altura gd diâmetro da árvore de área basal média d diâmetro médio aritmético Md diâmetro da árvore mediana gMd diâmetro da árvore com área basal mediana +d e −d diâmetro das árvores de HOHENADL g área basal a 1,30m de altura TABELA 3 - Símbolos para definir diâmetro em posições diferentes de 1,30 m do nível médio do solo Símbolos Significado h7,0d diâmetro tomado a 70% da altura total h5,0d diâmetro tomado a 50% da altura total h3,0d diâmetro tomado a 30% da altura total h2,0d diâmetro tomado a 20% da altura total h1,0d diâmetro tomado a 10% da altura total 6d diâmetro tomado a 6 m de altura Biometria Florestal 6 2.3 Símbolos para definir a altura de árvores Os símbolos empregados para representar as alturas médias são definidos pela letra h e subscritos conforme a Tabela 4. A altura é definida como a distância linear tomada ao longo do eixo da árvore desde o nível médio do solo até a extremidade da copa. Essa medida se refere à altura total da árvore, sendo simbolizada por “h”. De forma análoga ao diâmetro quando da necessidade de especificar outra posição, ou uma forma de cálculo específica, são empregados subscritos conforme a Tabela 4. TABELA 4 - Símbolos para definir altura Símbolos Significado h altura total da árvore. * fh altura formal de Pressler. Lh altura média segundo Lorey. h altura média aritmética. gh altura da árvore de área basal média. dh altura da árvore de diâmetro médio aritmético. dMh altura correspondente à árvore de diâmetro mediana. gMh altura da árvore de área basal mediana. domh altura média das árvores dominantes. também denominada altura dominante. *hØ altura dominante de Weise. * 100h altura dominante de Assmann. * Símbolos tradicionais usados nos dias atuais, mas que não se encontram na norma da IUFRO de 1956. 2.4 Símbolos para definir cociente de forma e volume O cociente de forma é simbolizado pela letra K e especificado por subscritos conforme apresentado na Tabela 5. O volume de árvores é simbolizado pela Biometria Florestal 7 letra v e os subscritos indicam o tipo de volume a que se referem conforme mostra a Tabela 6. TABELA 5 - Símbolos para definir cociente de forma Símbolos Significado K cociente de forma artificial baseado no diâmetro à metade da altura total ( h5,0d ) e no diâmetro a 1,30 m de altura. 3,1/6K cociente de forma artificial baseado nos diâmetros a 6 m e 1,30 m de altura. hhK 1,0/5,0 aK cociente de forma verdadeiro baseado nos diâmetros 0,5h ( h5,0d ) e 0,1h ( hd 1,0 ). cociente de forma absoluto. TABELA 6 - Símbolos para definir volume Símbolos Significado V volume total do tronco, desde o solo até o ápice, sem considerar a madeira dos galhos. Caso não seja indicado é considerado como volume com casca. 7v volume do tronco até o diâmetro mínimo de 7 cm. bv volume total da árvore, incluindo a madeira dos galhos. b7v volume de madeira até o diâmetro mínimo de 7 cm, incluindo os galhos até esse limite. av volume total dos galhos de uma árvore. a7v volume dos galhos com mais de 7 cm de diâmetro. As medições sem casca são, muitas vezes, indicadas com o subscrito “s” e o respectivo símbolo, como apresentado na Tabela 7. Biometria Florestal 8 TABELA 7 - Representação de variável sem casca Símbolo Significado sd diâmetro sem casca. sg área basal sem casca. sv volume total sem casca. 2.5 Símbolos para definir o fator de forma O fator de forma, segundo o volume que o define, é expresso conforme apresentado na Tabela 8. TABELA 8 - Símbolos para definir fator de forma Símbolos Significado f fator de forma artificial. 7f fator de forma artificial para volume 7v . bf fator de forma artificial para volume bv . b7f fator de forma artificial para volume b7v . h1,0f fator de forma verdadeiro ou de Hohenadl. NOTA: O símbolo original usado para variável sem casca é a letra “u“, originado do idioma alemão “ungeschelt “, que por razão de associação foi aqui alterada para “s“. 2.6 Símbolos para definir incremento O incremento ou crescimento dentro de um período determinado é simbolizado pela letra “i” e subscrito de acordo com o apresentado na Tabela 9. Alguns símbolos sugeridos apresentam casas decimais. Neles pode ser usado o ponto decimal (0.1h) ou a vírgula (0,1h) sem prejuízo algum. Naturalmente que, depois de escolhida uma das formas, esta deve ser seguida até o final do trabalho. Biometria Florestal 9 TABELA 9 - Símbolos para definir incremento Símbolos Significado i incremento anual de uma árvore. I incremento anual por unidade de área. _ i incremento médio aritmético de “n” árvores em um ano. 1510i − incremento periódico anual de uma árvore entre as idades de 10 e 15 anos. � −1510i incremento periódico de uma árvore entre as idades de 10 e 15 anos. di incremento anual de diâmetro da árvore. gi incremento anual de área basal da árvore. vi incremento anual do volume da árvore. b7vi incremento anual de madeira do fuste e galhos até 7 cm de diâmetro. 2010b7vI − incremento periódico anual de fuste e galhos até 7 cm de diâmetro, entre as idades de 10 e 20 anos, por unidade de área. P incremento percentual. 2.7 Considerações gerais O uso de uma simbologia única para a notação de elementos dendrométricos é, sem dúvida, uma necessidade geral. As recomendações aprovadas para esse fim pela IUFRO, em 1956, são de grande importância e deveriam ser seguidas por todos os técnicos, entretanto, hoje se sente a necessidade de que essas recomendações sejam atualizadas para que acompanhem as mudanças ocorridas nesse período. Como exemplo disso cita-se a omissão da simbologia atualmente empregada para denotar o incremento médio e corrente anual. Trata-se das abreviaturas ICA para incremento corrente anual, e IMA para o incremento médio anual. O mesmo ocorre no idioma inglês, com CAI (current annual increment) e MAI (mean annual incement), e no alemão, com dGZ (durchnittlicherGesamtZuwachs) e lGZ (laufenderGesamtZuachs). Biometria Florestal 10 3 ESTIMADOR, PRECISÃO, ACURACIDADE E ARREDONDAMENTO DE NÚMEROS Ao se realizar uma medição é necessário observar, além da técnica de mensuração, os critérios de registro, armazenamento de dados e do resultado de cálculo. Quando for realizada uma medição qualquer, como, por exemplo, do diâmetro de uma árvore, diz-se que a medição será mais acurada quanto maior for a aproximação do valor obtido em relação ao verdadeiro diâmetro da árvore. Por outro lado, um grupo de alunos ao realizar a medição do diâmetro dessa árvore, de forma independente um do outro, obterá uma série de valores dos quaisé calculada a média, ou seja, o estimador do verdadeiro valor do diâmetro e o desvio padrão entre essas medidas. Assim, diz-se que o estimador será mais preciso quanto menor for a variação encontrada entre as medidas tomadas. Desta forma, o termo precisão fica vinculado à variação encontrada em uma amostra ou a uma série de medidas de uma grandeza em relação a sua média. O termo precisão é empregado, ainda, para designar as subdivisões de uma escala de medição; como, por exemplo, a subdivisão em milímetros de uma régua e o número de casas de uma balança digital. O termo estimador refere-se ao valor que representa ou estima o verdadeiro valor, ou seja, o parâmetro resultante da medição de todos os indivíduos que compõem uma população qualquer. O estimador deve conter as seguintes qualidades: a) Justeza ou também dito não tendencioso, sem vício, sem viés ou não viesado: refere-se ao estimador que tem sua média igual ao parâmetro populacional θ; b) Consistência ou coerência: quando, além de justo, sua variância tende a zero, quando o número de observações é suficientemente grande; isto é n → �. Em outras palavras, o erro de estimação torna-se pequeno quando for extraída uma amostra suficientemente grande; Biometria Florestal 11 c) Eficiência: refere-se à variância entre dois estimadores de um mesmo parâmetro. Se a1 e a2 são estimadores de θ, será mais eficiente aquele que tiver menor variância. 3.1 Número de casas decimais Os valores registrados durante uma medição devem obedecer ao critério estabelecido e estar de acordo com a escala do aparelho empregado, sendo incorreto registrar mais dígitos do que os efetivamente observados na escala de medição. Por exemplo, um aparelho com escala em metros permitirá a obtenção de valores inteiros ( 8 m , 9 m, 10 m) e não fornecerá acuracidade suficiente para valores em decímetros, centímetros e milímetros, como, por exemplo, 8,131 m. Também deve ser evitado o registro de mais dígitos do que foi efetivamente lido, pois se a medição for feita de metro em metro, o registro do valor de 8,0 será uma precisão inexistente e levará a pensar que não se tratava de 8,1 m ou 8,2 m, quando, na realidade, foi observado somente valor inteiro. De forma análoga, é incorreto omitir o zero significante quando estiver indicando a precisão de medição; como, por exemplo, em 8,0, pois o valor zero indica a precisão de uma casa decimal nas leituras. 3.2 Dígitos significantes Os dígitos significantes são os números lidos da esquerda para a direita, iniciando com o primeiro número não zero e finalizando com o último, que poderá ser zero. Assim, exemplificando, os números 25; 2,5; 0,25 e 0,025 têm todos dois dígitos significantes e, 25,0; 0,250; e 0,0250 contêm todos três dígitos significantes. Quando do registro de dados originais e de resultados de cálculos, deve- se observar a precisão necessária para permitir a comparação de resultados. Por exemplo, registrar o volume de árvores com duas casas decimais levará a sérios problemas quando for encontrado entre as árvores uma ou mais com diâmetros e alturas reduzidos, pois o primeiro dígito significante poderá estar na terceira ou quarta casa após a vírgula. Considere, por exemplo, uma árvore ou uma secção do tronco com diâmetro de 5,0 cm, altura de 2,5 m e fator de forma igual a 0,6. O volume Biometria Florestal 12 calculado será 0,00294 m³, aparecendo, então, o primeiro dígito significante na terceira casa decimal. 3.3 Arredondamento de dígitos Após definir o número de dígitos a serem registrados, devem ser consideradas as seguintes situações: a) Se o número a ser cortado representar menos do que a metade da unidade do último dígito a permanecer, o dígito precedente não se altera. Ex: 93,12 → 93,1. b) Se o número a ser cortado representar mais do que a metade da unidade do último dígito a permanecer, o dígito precedente é aumentado de um. Ex: 93,77 → 93,8. c) Se o número a ser cortado for igual à metade, deve ser observada a Portaria no 36 de 6 de agosto de 1965, do Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO). De acordo com essa Portaria, neste caso, deve ser considerado o número precedente. Se ímpar, altera-se o valor para mais; se par, não se altera o valor. Assim, caso o número precedente seja par, não se aumenta em uma unidade, sendo registrado conforme o exemplo: 93,45 → 93,4. Caso o número precedente seja ímpar, este será aumentado em uma unidade, sendo registrado conforme o exemplo: 93,35 → 93,4. 3.4 Apresentação de resultados Embora os cálculos devam ser efetuados mantendo-se um número conveniente de casas decimais para que não seja perdida precisão e, mesmo considerando que, se realizado em computador, em que o número de casas decimais é internamente maior do que as apresentadas na tela quando da apresentação dos resultados, deve-se considerar as regras de arredondamento de dados e apresentar os resultados com um número de casas decimais conveniente, observando-se os critérios de precisão e de racionalidade. Assim, por exemplo, o resultado do cálculo do volume de madeira estocado em um hectare de floresta poderá ser 435,1255486 m³. Logicamente que indicar como resultado o número conforme apresentado não faz nenhum sentido, pois Biometria Florestal 13 ninguém conseguirá medir esta precisão, sete casas decimais. Deve-se proceder ao arredondamento do número, registrando-o com uma casa decimal. Seguindo o mesmo raciocínio, sugere-se que as demais variáveis dendrométricas devam ter os resultados apresentados conforme indicado na Tabela 10. TABELA 10 - Número de casas decimais para a apresentação de resultados das variáveis dendrométricas Variável Nº de casas decimais Diâmetro 1 Altura 1 Volume da árvore 4 Volume por unidade de área 1 Área basal da árvore 4 Área basal por unidade de área 1 Fator forma 4 Cociente de forma 4 Fator casca 4 Biometria Florestal 14 4 MEDIÇÕES FLORESTAIS Sendo a biometria, por definição, a parte da ciência florestal que trata das medições das árvores, com o objetivo de avaliar os seus volumes e estudar as leis que regem o seu crescimento ao longo do tempo, fica implícita a necessidade de se conhecer, com precisão, as estimativas do diâmetro, altura, espessura de casca, fator de forma etc. A busca dessas informações tem levado os florestais a melhorarem, adaptarem e desenvolverem aparelhos e instrumentos específicos capazes de fornecerem as variáveis desejadas com maior precisão, menor custo, no menor espaço de tempo e com segurança. Desse modo, existe uma variedade de dendrômetros utilizados nas medições florestais, dentre os quais pode se destacar as sutas, as fitas dendrométricas, os hipsômetros, os relascópios de Bitterlich e os medidores de casca, entre outros. O emprego de um ou outro dendrômetro depende do estudo a ser realizado, da precisão e da rapidez desejada nas medições, dos recursos disponíveis, bem como das características da floresta. Caso não existam instrumentos disponíveis, o Engenheiro Florestal, quando pertinente, deverá usar sua criatividade e construir um instrumento capaz de solucionar o problema. Por esse motivo, também são apresentados aqui, os princípios matemáticos empregados na sua constituição. 4.1 O diâmetro das árvores O diâmetro consiste na medida de comprimento de uma linha reta que, passando através do centro de um círculo ou esfera, termina ao atingir seus limites externos. As medidas mais comuns de diâmetro requeridas na atividade florestal são feitas sobre a porção lenhosa das árvores:o tronco principal de uma árvore em pé, seus galhos ou porções cortadas. A importância básica na medição dessa variável é que se Biometria Florestal 15 trata de uma dimensão diretamente mensurável, a partir da qual se pode calcular a área da secção transversal e o volume de uma árvore. 4.1.1 Ponto de medição O ponto de medição do diâmetro em árvores em pé é definido como o diâmetro medido à altura do peito, ou seja, distante 1,30 m a partir do nível do solo. O diâmetro medido a esta altura é denominado de “diâmetro à altura do peito“, simbolizado por “d” (IUFRO), mas também grafado na bibliografia por DAP ou dap, e expresso em cm. O ponto de medição do dap não é o mesmo em todos os países, em decorrência do sistema de medição utilizado, advindo daí certa dificuldade de comparar a área basal em nível internacional. TABELA 11 - Altura de medição dos diâmetros (altura do peito) conforme o país de origem País Altura de medição (m) Países que usam o sistema métrico 1,30 Estados Unidos e Canadá .............. 1,37 Inglaterra ......................................... 1,29 Japão .............................................. 1,25 Os diâmetros também podem ser medidos em posições diferentes, conforme a necessidade do estudo. Nestes casos não serão chamados de diâmetro à altura do peito, como, por exemplo, a medida h1,0d que será referenciada como diâmetro a 10% da altura total. Em terrenos planos a posição para a tomada do dap é facilmente determinada, conforme mostra a Figura 1a. Já em terrenos inclinados (Figura 1b), esta posição é determinada pelo nível médio do solo, tomando a distância de 1,3 m ao longo do eixo da árvore. Nesta mesma situação, pode-se tomar como ponto de referência a parte superior do declive, pois, segundo seus defensores, corresponde à altura do toco após o abate. Biometria Florestal 16 A determinação do ponto de medição do dap, de acordo com o tipo de fuste que será mensurado seguirá o esquema da Figura 2. Quando o tronco apresentar alguma irregularidade à altura do peito (Figura 2-C), deve-se deslocar o ponto de medição para baixo ou para cima, devendo-se optar pela posição mais próxima da real. FIGURA 1 - Pontos de referência para medição do diâmetro, em relação ao nível do solo. A ocorrência de troncos bifurcados abaixo de 1,30 m acarretará a medição de cada um deles independentemente (Figura 2 D), sendo anotados dois diâmetros como se tratasse de duas árvores. Entretanto, se a bifurcação ocorrer acima de 1,30 m, a medição será feita normalmente, considerando-se apenas uma árvore (Figura 2 E). Em qualquer das situações, considerar a medição de diâmetros cruzados e o emprego da média para obter o estimador. FIGURA 2 - Pontos de referência para tomada de diâmetro em troncos irregulares. Biometria Florestal 17 4.1.2 Efeito da forma do tronco na medição do diâmetro O tronco de uma árvore e as demais partes lenhosas apresentam forma aproximadamente circular na secção transversal e, para os propósitos de muitas medições, assume-se essa forma. Contudo, a secção transversal freqüentemente difere da forma circular e, às vezes, sua excentricidade pode assumir alguma importância. O principal objetivo na medição do diâmetro do tronco é determinar a área da secção transversal correspondente ao ponto medido. Quando o tronco apresenta forma circular, não há problema para determinar a área de secção transversal, sendo um simples diâmetro ou circunferência suficiente para sua estimativa. Porém, quando a secção transversal não é circular, o diâmetro não expressará a verdadeira área da secção. Nesse caso, o problema consiste em encontrar o diâmetro que produz a melhor aproximação da área real da secção. Os troncos não circulares, em geral, tendem à forma de uma elipse, embora, em alguns casos, a secção transversal possa ser completamente irregular. Por esse motivo, nas medições de diâmetro, são tomados dois diâmetros cruzados (90º), registrando-se a média. Quando a forma do tronco for elíptica e a média aritmética entre o maior e menor diâmetro for utilizada como o diâmetro do círculo, resultará numa super- estimativa da área real da elipse. Nesse caso para obter a área de secção transversal real, uma melhor estimativa será obtida pelo emprego da média geométrica ( 21 dd ⋅ ) e não da média aritmética. Se a periferia de um tronco elíptico for medida e, considerando- se essa medida como a circunferência de um círculo, o diâmetro deste círculo será maior do que o diâmetro do círculo cuja área é igual à da elipse. Muitas pesquisas realizadas objetivam determinar o melhor procedimento para medição de diâmetros de árvores cujos troncos apresentam formas não circular ou elíptica, com o fim de detectar áreas de secção transversal exatas. Entretanto, nenhuma delas mostrou alguma evidência conclusiva para a seleção de algum método válido para todas as circunstâncias de medição de diâmetro em secções irregulares (Prodan,1965). Conseqüentemente, na prática, o melhor princípio é usar o procedimento recomendado para secções elíptica, o qual adquire importância nos casos em que a maioria dos troncos apresenta forma irregular e elíptica. Para os troncos com forma circular, a média geométrica e a aritmética são iguais. Biometria Florestal 18 Nas medições de campo em que são medidos grandes números de árvores, como ocorre no interior das unidades amostrais utilizadas nos inventários florestais, é usual fazer a média aritmética entre dois diâmetros cruzados e considerá-la como estimador do verdadeiro diâmetro da árvore. Considera-se ainda, por motivos de agilidade no trabalho de mensuração, além da média aritmética, o registro dos valores com arredondamento para o meio centímetro. Essa estratégia permite ao medidor, após a tomada do segundo diâmetro, fazer a média mentalmente sem necessidade da exatidão, permitindo que a medição siga seu fluxo sem interrupções ou retardos. Veja exemplo na Tabela 12. TABELA 12 - Diâmetros cruzados tomados a 1,3 m do nível do solo e o valor transcrito para a planilha. Diâmetros 1 Cruzados 2 _ d Arredondamento Registro 10,0 10,0 10,00 10,0 10,0 10,0 10,5 10,25 10,2 10,0 10,0 11,0 10,50 10,5 10,5 10,0 11,5 10,75 10,8 11,0 A aproximação para 0,5 cm, por outro lado, não deverá influenciar na precisão do diâmetro médio da unidade, pois, conforme descrito pela Lei de Gauss, os erros de excesso e de falta, em medições sucessivas, tendem a se anular. No anexo 1, encontra-se o formulário para coleta de informações dendrométricas em florestas implantadas utilizado pela Engenharia Florestal da UFSM. 4.1.3 Diâmetro da copa O diâmetro da copa é também uma importante variável, em geral, usada para estimar o diâmetro à altura do peito, o volume da árvore, bem como serve como variável independente em modelos de crescimento. Biometria Florestal 19 Sua medição a campo é feita com a projeção dos limites da copa sobre o terreno, seguida pela medição de “n” raios. O número de raios que permite obter um estimador consistente do diâmetro da copa depende da sua irregularidade. Em geral, o emprego de 6 a 8 raios trazem bons resultados. Para a projeção dos limites da copa sobre o terreno, o medidor pode valer- se de prismas ou utilizar um clinômetro que permita a determinação do ângulo de 90º. As determinações do diâmetro da copa nas fotografias aéreas são mais facilmente realizadas do que as medições das projeções da copa sobre o solo,embora haja a tendência de que os diâmetros medidos nas fotos sejam, em geral, menores que os medidos no solo. Isso se deve às partes das copas que não são visíveis nas fotos. Entretanto, as medições nas fotografias aéreas são provavelmente as melhores medidas do espaço de crescimento e são bem correlacionadas com a árvore e seu volume. 4.1.4 Aparelhos usados na medição de diâmetro 4.1.4.1 Cálibre ou suta O cálibre ou suta é, em geral, usado para medir diâmetro quando este for menor que 60 centímetros. Cálibres de grandes dimensões são incômodos para transportar e mais difíceis de manusear. A suta é geralmente construída em alumínio, existindo também exemplares antigos em ferro ou madeira, apresentando características inerentes ao material como peso, dureza, resistência às intempéries, entre outras. De qualquer modo, as características desejáveis de uma suta são: a) material duro e leve; b) à prova de intempéries; c) fácil limpeza; d) fácil leitura e manuseio. Na construção de uma suta, deve-se observar as seguintes condições técnicas: a) o braço fixo deve ser perpendicular à régua graduada; b) os dois braços e a régua devem estar num mesmo plano; c) o braço móvel, no momento da medição, deve manter-se paralelo ao fixo e sem folga com a barra graduada. Biometria Florestal 20 A Figura 3 mostra o desenho esquemático de uma suta. FIGURA 3 - Desenho esquemático de uma suta. Nas medições, a suta é colocada perpendicularmente ao tronco da árvore, à altura de 1,30 m em relação ao solo. A pressão exercida no braço móvel deve ser de mesma intensidade para todos os troncos, pois desta pressão poderá decorrer um maior afundamento da casca e conseqüentemente, um erro na medição do diâmetro. Em geral, faz-se duas medições cruzadas do diâmetro e, após, obtém-se a média. 4.1.4.2 Suta finlandesa Outro modelo de suta é a finlandesa, que consiste de um arco parabólico convenientemente graduado e um braço reto. Para a medição do diâmetro, a sua abertura deve ser colocada em volta da árvore, tão próxima quanto possível, e a leitura feita através de uma visada paralela ao braço reto do calibre, tangenciando o tronco (Figura 4). FIGURA 4 - Desenho esquemático de uma suta finlandesa. Biometria Florestal 21 O emprego dessa suta é especialmente vantajoso quando for necessário obter diâmetros do fuste em alturas superiores ao dap. Nesses casos, a suta finlandesa é acoplada a uma vara graduada, conforme mostrado na Figura 5. FIGURA 5 - Medição com a suta finlandesa em alturas superiores ao dap. 4.1.2.3 Suta de Bitterlich Consiste de um instrumento com um braço reto e um arco parabólico, em cuja face interna está gravada a escala de medição (Figura 6). A escala está dividida em duas partes. Na superior, lê-se o diâmetro em cm e, na face inferior, a área basal correspondente ou, em alguns modelos, o número de árvores. A leitura na escala é feita fazendo-se a mira a partir de uma agulha localizada na extremidade do braço reto da suta e o bordo da casca da árvore em seu lado direito. Biometria Florestal 22 FIGURA 6 - Suta de Bitterlich. 4.1.4.4 Fitas As fitas são de dois tipos, conforme a escala de medição que apresentam. A fita métrica consiste de uma fita flexível, graduada em centímetros (fita de costureira), com a qual se obtém a circunferência em centímetros. Quando a circunferência é medida a 1,30 m, denomina-se circunferência à altura do peito e é simbolizada por c ou cap. Para obter o diâmetro a partir da circunferência, divide-se o seu valor por pi, ou seja: pi= cd Outro tipo de fita é a diamétrica. Essa é uma fita flexível, normalmente graduada em centímetros no bordo superior e em múltiplos de pi no inferior. Desta forma, pode ser lida a circunferência (c) ou diretamente o valor do diâmetro (d) com o mesmo instrumento. Biometria Florestal 23 4.1.4.5 Vara de Biltmore Este aparelho consiste de uma régua com graduação especial para a determinação do diâmetro da árvore a partir de um ponto de tangência à circunferência da árvore. Para a determinação do diâmetro, deve-se encostar a vara perpendicularmente ao eixo da árvore de tal modo que a origem da graduação coincida com a linha de visada, tangente ao tronco. A leitura da tangente que passa pelo outro lado indica o valor do diâmetro. A graduação da escala de determinação é dada por: dL L.dS 2 + = Onde : S = graduação da régua; L = distância entre o olho do observador e o ponto de medição (aproximadamente o comprimento do braço do observador); d = diâmetro da árvore. A Figura 7 mostra o desenho esquemático do tronco de uma árvore sendo medido com uma vara de Biltmore. FIGURA 7 - Esquema da medição de diâmetro com a Vara de Biltmore. Como o comprimento do braço varia com o observador, a vara de Biltmore é mais empregada para estimativas rápidas de diâmetro e não para medições exatas. Biometria Florestal 24 A dificuldade de operação é fazer as duas visadas e segurar a régua sem mover a cabeça. A não observância da perpendicularidade da régua, em relação ao eixo da árvore, bem como a variação das visadas, a declividade do terreno e a excentricidade da árvore geram erros expressivos. 4.1.4.6 Suta eletrônica A suta eletrônica é igual a suta comum, construída em alumínio e plástico, mas oferece a vantagem de armazenar o diâmetro da árvore de forma digital (Figura 8). Trata-se, então, de um sistema eletrônico capaz de armazenar os diâmetros medidos bem como outras informações da árvore, como, por exemplo, a altura, posição sociológica, qualidade do tronco. Para tal, deve-se programar o computador da suta para solicitar a entrada das informações desejadas já a partir dos dados de identificação da unidade amostral. As informações armazenadas podem, posteriormente, serem transmitida para o computador central. FIGURA 8 – Suta eletrônica. 4.1.4.7 Relascópio de espelho Os relascópios servem, entre outras funções, para determinar os diâmetros a diferentes alturas da árvore a partir de distâncias previamente determinadas. Biometria Florestal 25 Em razão da importância do tema e versatilidade do Relascópio este será abordado num capítulo especial (Veja cap.10 - Relascopia). 4.1.7 Principais erros de medição na determinação de diâmetros Os principais erros nas medições de diâmetros, segundo Loetsch et al. (1973), devem-se à inclinação da suta e pela não observância da altura de medição. A inclinação da suta pode ocorrer em dois planos: a) A barra de medição da suta toca a marca de 1,30 m, mas os braços da suta estão desviados da horizontal, conforme mostra a Figura 9; FIGURA 9 - Medição incorreta do diâmetro devido a inclinação da suta. b) A barra graduada está no ponto exato (1,30 m), porém inclinada, fazendo com que um braço da suta esteja abaixo e o outro acima de 1,30 m, como mostra a Figura 10. Biometria Florestal 26 FIGURA 10 - Medição incorreta do diâmetro devido à inclinação da suta. O mesmo efeito é obtido quando a árvore tem o tronco inclinado e a suta é posicionada horizontalmente (plano horizontal). O erro causado pela não observância da altura de medição a 1,30 m é, geralmente causado pela fadiga e comumente ocorre no final da jornada de trabalho. A Figura 11 representa esse tipo de situação,bem como sua conseqüência. FIGURA 11 - Erros na determinação do volume pela medição do diâmetro em altura incorreta. Biometria Florestal 27 4.2 A altura das árvores A altura, tal como o diâmetro, é uma característica importante da árvore e/ou povoamento, necessária para a determinação do volume. A altura de uma árvore, na sua expressão mais simples, é definida como a distância linear entre o nível do solo e o ápice (altura total). No entanto, podem ser definidas outras alturas ao longo do tronco, dependendo do tipo de estudo a ser realizado. A variável altura adquire também importância fundamental no estudo de sítios, ou seja, quando se deseja conhecer o comportamento de uma espécie em um determinado local, ao longo do tempo. Para o manejo florestal, é importante o conhecimento desta variável, pois traduz as respostas em crescimento das árvores segundo os fatores do meio em que vegetam. 4.2.1 Tipos de altura De acordo com o demonstrado na Figura 12, podem ser definidas as seguintes alturas teóricas: a) Altura total: é a distância tomada ao longo do eixo da árvore compreendida entre o nível do solo e o seu ápice ou a extremidade superior da copa; b) Altura do fuste: é a distância tomada ao longo do eixo da árvore definida entre a superfície do solo e a base da copa; c) Altura comercial: é a distância tomada ao longo do eixo da árvore, entre o nível do solo e a porção superior utilizável do tronco. Esta porção é determinada por bifurcação, galhos de grande porte, tortuosidade, forma irregular, defeitos ou por um diâmetro mínimo utilizável. O diâmetro mínimo utilizável é variável de acordo com o uso da madeira, com as condições de mercado e com o tipo de equipamento disponível na indústria. Assim, por exemplo, o diâmetro mínimo para uso na produção de celulose, na indústria “A”, é 7 cm sem casca e, na indústria “B” é 4 cm. Já o diâmetro mínimo para serraria é 12 cm na indústria “C’’; Biometria Florestal 28 d) Altura dominante: é a altura média das árvores mais altas de um povoamento. Segundo cada autor que a definiu, terá diferentes formas de cálculo e interpretação (veja capítulo 11.2.6); e) Altura do primeiro galho vivo: é a distância tomada ao longo do eixo da árvore, entre o nível do solo e o ponto de inserção do primeiro galho vivo; f) Altura do toco: é a distância entre a superfície do solo e a porção do tronco deixada no campo após o corte da árvore; g) Comprimento comercial: é a distância, ao longo do eixo da árvore, entre a altura do toco e a última porção utilizável do tronco; h) Comprimento de defeito: é a soma das porções de comprimento comercial que não podem ser usadas devido a defeitos; i) Comprimento comercial líquido: é igual ao comprimento comercial menos o comprimento defeito; j) Comprimento da copa: é a distância ao longo do eixo da árvore, entre o ponto de inserção e a extremidade superior da copa. Biometria Florestal 29 FIGURA 12 - As alturas de uma árvore e as classificações de comprimento 4.2.2 Medição da altura De modo geral, os processos de medição de altura podem ser classificados em diretos e indiretos. Biometria Florestal 30 Os processos diretos são aqueles em que o operador se apóia na habilidade pessoal, a fim de obter estimativas a olho desarmado e sem usar nenhum instrumento. Algumas vezes, o operador recorre a uma vara graduada de comprimento variável, que é encostada à árvore e serve como referencial. Assim, o operador, a uma distância determinada, efetua a estimativa da altura tendo a vara como unidade de medida. A precisão fá-se em função de vários fatores, entre eles a capacidade do observador em realizar a estimativa, o que decorre de zelo, experiência e da distância entre o observador e a árvore. Outros procedimentos para estimar a altura são baseados no uso do braço e uma vara. Para isso, o observador se afasta da árvore até enquadrá-la no tamanho da vara conforme o esquema da Figura 13. Figura 13 - Determinação da altura da árvore com o emprego de um bastão como referencial. Sendo oab ≅ oAB oa oA ab AB = logo oa abxoAABh == Onde: ao = distância horizontal entre o observador e árvore; Ao = comprimento do braço do observador; Biometria Florestal 31 Ab = comprimento da vara. Logo, se ab = 20 cm tem-se: braçocompx dist oa oAh oa xoAh .5 . 5 1 . 20 === . O emprego de uma vara “ab” com comprimento igual ao comprimento do braço do observador “ao”, resulta que a altura da árvore será igual à distância do observador, pois: oA oa aboAABh =×== . Onde ab = ao; h = oA = distância do observador à árvore. A altura da árvore estimada, por exemplo, com um bastão de 20 cm, ficará determinada dividindo-se a distância horizontal pelo valor correspondente a cinco vezes o comprimento do braço do observador. Esses processos tornam-se inviáveis quando se trabalha com um grande número de árvores, pois, além da menor acuracidade, demanda muito tempo na procura do ponto ideal de medição. Os processos indiretos são realizados com o auxílio de aparelhos chamados dendrômetros e, mais especificamente, de hipsômetros. Muitas vezes povoamentos jovens ou que apresentam árvores não muito altas têm as alturas mais facilmente medidas com o emprego de uma régua graduada. Uma dessas réguas, de grande facilidade de transporte e de manuseio, é a Régua Altimétrica Retrátil Durkon. Trata-se de uma régua de alcance total de 6,50 m, composta de quatro secções quadradas, que podem ser retraídas telescopicamente para 1,80 m (Figura 14). Biometria Florestal 32 A régua possui janela visora, colocada entre 1,60 e 1,70 m, o que permite as leituras sempre ao nível dos olhos do operador. As medidas inferiores a 1,80 m são feitas diretamente na lateral da primeira secção do instrumento. FIGURA 14 - Detalhe de medição com régua telescópica. Dentre os aparelhos existentes, muitos são semelhantes quanto ao princípio de funcionamento, embora difiram quanto a aparência. Mesmo com o grande número existente no mercado, nenhum reúne as características de um aparelho ideal: a) fácil e rápido manuseio; b) grande precisão; c) baixo custo; d) longa durabilidade. Em medições da altura de árvores em pé, não é possível obter resultados exatos, quer pela natureza do aparelho, quer pela condição do povoamento, onde, muitas vezes, não é possível visualizar o ápice e a base da árvore com nitidez a partir de um mesmo ponto. Bruce e Schumacher (1950), constataram erros entre 0,30 a 0,60 m na medição das alturas em condições ideais de trabalho. Nas melhores condições de funcionamento, são esperados erros da ordem de 1 a 2%. Biometria Florestal 33 Comparações entre o Blume-Leiss, Haga, Weise e a prancheta dendrométrica, em povoamentos de Eucalyptus saligna, não mostraram diferença significativa quando comparados com medições feitas com trenas nas árvores abatidas. O princípio do funcionamento dos hipsômetros baseia-se na semelhança de triângulos (princípio geométrico) ou na tangente de ângulos (princípio trigonométrico). 4.2.2.1 Aparelhos baseados na semelhança de triângulos Os instrumentos baseados na semelhança de triângulos são facilmente construídos, em geral não requerem o conhecimento da medição da distância horizontal entre o observador e a árvore e, ainda, a altura determinada por aparelhos deste princípionão é influenciada pela declividade do terreno. Entretanto, os aparelhos assim construídos precisam ser cuidadosamente manejados, pois somente com uma mão firme pode-se evitar sérios erros de interpretação, uma vez que em povoamento denso, é freqüentemente difícil encontrar o ponto de observação desejado para a medição. 4.2.2.1.1 Hipsômetro de Christen I É um instrumento simples, de fácil construção e manuseio, usado na medição de árvores em pé. Tem a vantagem de dispensar a medição da distância horizontal do observador até a árvore, evitando-se, desse modo, erros de medição das distâncias. O instrumento é construído sobre uma régua de madeira, metal ou acrílico, com comprimento total variável, a qual apresenta uma reentrância de 30 cm, na qual está gravada a escala para leitura das alturas da árvore, obtidas por cálculos, como mostra a Figura 15a. Para a medição da altura da árvore, o operador deve ficar a uma distância tal que a base e o ápice da árvore estejam perfeitamente encaixados dentro da reentrância de 30 cm do aparelho (Figura 15b). Nessas condições, a altura será Biometria Florestal 34 determinada pela interseção do raio visual que, partindo do observador, tangencia a parte superior de uma vara que serve como escala encostada à árvore. Ainda sob essas condições, o operador faz a leitura na escala graduada do hipsômetro, determinando diretamente a altura da árvore. FIGURA 15 - Medição da altura com hipsômetro de Christen I. Considerando os triângulos OAB e OA’B’ obtém-se a seguinte relação: 'OC OC 'B'A AB = A semelhança entre os triângulos OAC e OA’C’ permite a seguinte proporcionalidade: 'OC OC 'C'A AC = Sendo quantidades iguais entre si, tem-se: 'C'A AC 'B'A AB = ou Biometria Florestal 35 'C'A AC.'B'AAB ×= , portanto: 'C'A 'B'AACABh ×== Observa-se que a altura independe da distância entre o observador e a árvore. Para esse instrumento, os comprimentos AC e A’B’ são fixos e representam a altura da vara encostada à árvore (2,0 a 4,0 m) e a reentrância de 0,30 m, respectivamente. Deve ser observado que quanto menor o comprimento dessa vara, mais agrupadas estarão as alturas na escala do aparelho, o que traz dificuldades de gravação, bem como de medição a campo. Desse modo, a graduação do instrumento, em função da altura da régua, é obtida através da seguinte expressão: h 'B'AAC AB 'B'AAC 'C'A ×=×= Onde: A’C’ = distância tomada a partir da base da reentrância onde será gravada a altura; AC = altura da régua a ser encostada à árvore; AB = h = altura da árvore; A’B’ = comprimento da reentrância (0,30 m) Pela variação da altura AB na equação consegue-se graduar o aparelho, independente da distância. Biometria Florestal 36 4.2.2.1.2 Hipsômetro de Christen II É uma derivação do primeiro modelo, que dispensa o uso da régua auxiliar encostada na árvore, e , possui uma ranhura a 3 cm da reentrância inferior em vez de apresentar a escala graduada, para a determinação das alturas, como mostra a Figura 16a e b. O princípio de construção é o mesmo do Christen I. Assim, a altura da árvore fica determinada pela linha de pontaria que, passando pela ranhura do instrumento, intercepta o tronco em qualquer altura. Esta altura deve ser medida para determinar a altura da árvore. A partir das relações dos triângulos semelhantes descritos no Christen I, tem-se: 'C'A 'B'AACh ×= Sendo: A’B’ = 30 cm A’C’ = 3 cm Logo: 10ACh ×= . Portanto, a altura da árvore é obtida multiplicando-se a altura do ponto interceptado pelo raio visual no tronco pela constante instrumental 10. Nesse caso, há necessidade da recorrer a um auxiliar de campo para marcar o ponto de interseção da linha de visada no tronco da árvore. 4.2.2.1.3 Prancheta dendrométrica Compõe-se de uma régua de madeira, alumínio ou acrílico, com comprimento de 30 cm e altura entre 10 a 15 cm. A leitura das alturas é determinada por um pêndulo colocado no centro da prancheta, fixado no seu bordo superior. O bordo inferior é graduado em milímetros, a partir do centro, onde se situa o ponto zero da escala. Quando a prancheta está na posição horizontal, o pêndulo sobrepõe o ponto zero da escala. Biometria Florestal 37 FIGURA 16 - Medição da altura com o hipsômetro de Christen II. A Figura 17 mostra o princípio de construção e funcionamento da prancheta dendrométrica. FIGURA 17 - Medição da altura com a prancheta dendrométrica. Biometria Florestal 38 Observa-se, na Figura 17, que o triângulo EBC é semelhante ao triângulo ebc, na posição correspondente à visada do ápice da árvore, onde se obtém a seguinte relação: ec bc EC BC = ; por tanto, ec 'bc.ECBC ×= . Onde: BC = altura 1h ; EC = distância do observador ao objeto; bc = leitura na escala graduada; ec = (altura da prancheta). Sendo ec = 10 cm, EC = leitura na prancheta e OC = D, tem-se: 11 l10 Dh ⋅= . Ao visar a base da árvore, obtém-se, pelo mesmo raciocínio, a seguinte relação: ec acECAC ×= . Sendo A’C’ = 2l = leitura da base do tronco, tem-se: 22 l10 Dh ⋅= Logo, a altura total será determinada adicionando ou subtraindo as alturas parciais 1h e 2h de acordo com a posição relativa do observador em relação à árvore (veja Figuras 18,19 e 20), ou seja: Biometria Florestal 39 21 hhh ±= ( )21 ll10 Dh +⋅= As leituras I1 e I2 devem ser feitas em centímetros e a distância horizontal (D) em metros, para que a altura da árvore resulte em metros. Observa-se, neste caso, que a determinação da altura depende da distância do observador à árvore, sendo pertinente verificar a necessidade de correção da altura, que ocorre caso a distância entre o observador e a árvore não ser a distância horizontal. Para maiores esclarecimentos, veja 4.2.2.2.1. 4.2.2.2 Aparelhos baseados em tangentes de ângulos Os instrumentos baseados na tangente de ângulos são aparelhos que se operados em condições ideais apresentam estimativas mais confiáveis do que as obtidas por aparelhos de princípio geométrico e permitem ainda maior rapidez nas operações a campo. A altura da árvore será conhecida pelo somatório de duas alturas parciais e ainda influenciada pela declividade do terreno; a medição da altura só pode ser realizada com o conhecimento prévio da distância do observador à árvore; e, a deficiência de luz dentro do povoamento, pode impedir a visada dos objetos e tornar difícil à determinação ótica das alturas e das distâncias. Muito embora exista um grande número de hipsômetros deste tipo, o princípio de funcionamento é o mesmo para todos. Nestes instrumentos a altura será determinada por duas leituras, sendo uma na base da árvore e outra no ponto superior desejado, como mostra a Figura 18. Biometria Florestal 40 FIGURA 18 - Princípio de funcionamento dos aparelhos baseados em tangentes de ângulos. Se o aparelho usado for graduado em graus, a altura da árvore será obtida por: D BC =1 tgα ; portanto, 11 tg hDBC =⋅= α . Da mesma forma, D CA tg =2α ; portanto:, 22 htgDCA =∞⋅= . Logo, a altura da árvore será dada por: CABCAB += ou seja: ( )2121αα tgtgDhouhhh +⋅=+= Quando o observador se encontrar em um nível mais baixo que a base da árvore (aclive), conforme ilustrado na Figura 19, a altura será dada por: Biometria Florestal 41 ( )21 αα tgtgDAB −⋅= , pois: CABCAB −= , ou 21 hhh −= FIGURA 19 - Esquema de medição da altura no aclive. Para o caso de o observador se encontrar em nível mais elevado do que a base da árvore (declive), como ilustra a Figura 20, a altura será obtida por: AB = D.(tg α2 – tg α1), pois: BCCAAB −= ou 12 hhh −= . Para a medição da altura de uma árvore situada em terreno plano, aclive ou declive, deve-se usar a seguinte regra geral: quando as leituras do ápice ( 1l ) e da base ( 2l ) forem obtidas em lados opostos de zero, na escala do aparelho, somam-se as leituras; quando as leituras do ápice e da base forem obtidas de um mesmo lado, isto Biometria Florestal 42 é, 1l e 2l à direita de zero (ambas positivas), ou 1l e 2l à esquerda de zero (ambas negativas), subtrai-se a menor da maior leitura. FIGURA 20 - Esquema de medição da altura no declive. Resumindo, tem-se: mesmo plano: h = 21 hh + (leituras em lados opostos de zero); aclive: h = 21 hh − (duas leituras à direita de zero); declive: h = 12 hh − (duas leituras à esquerda de zero). Alguns hipsômetros apresentam escalas graduadas em percentagem e arcos trigonométricos. A escala percentual é baseada em unidades angulares, representadas pela razão entre uma unidade vertical e 100 unidades horizontais. Assim, tem-se: Biometria Florestal 43 tg α = 100 mpercentage α . Logo, usando-se a escala percentual, a altura é, segundo o esquema da Figura 14, determinada por: h = ⋅ 100 D (percentagem α1 + percentagem α2) . Para as situações apresentadas nas Figuras 19 e 20, usa-se o mesmo raciocínio. A escala topográfica (topo ∞) é baseada em unidades angulares representadas pela razão de uma unidade vertical para 66 unidades horizontais. Nesse caso, a tg ∞ será: 66 topoα α =tg ( )2166 αα topotopo Dh +⋅= 4.2.2.2.1 Correção da declividade Quando se realizam medições em terrenos acidentados (aclive ou declive), muitas vezes é necessário fazer correções na distância medida. O efeito da declividade do terreno sobre a distância pode ser facilmente observado com o seguinte exemplo. Considere que a linha A, B e C tem exatamente 8 cm, que a linha A está na horizontal, e B e C têm ângulos diferentes. Observe que, apesar de todas as três Biometria Florestal 44 linhas apresentarem uma leitura na régua igual a 8 cm, somente a linha A tem essa medida. As linhas B e C tem medidas menores, as quais dependem do ângulo de inclinação, conforme mostra a Figura 21. Para a correção da distância faz-se uma visada em um ponto junto à árvore em altura igual à altura do olho do observador e lê-se o ângulo na escala do aparelho. FIGURA 21 - Variação do valor da distância obtido na trena segundo a variação da inclinação do terreno. A correção da distância medida sobre o terreno para a distância horizontal é então obtida pela multiplicação da distância sobre o terreno pelo co-seno do ângulo de inclinação, conforme esquema da Figura 22. Biometria Florestal 45 FIGURA 22- Determinação do ângulo de inclinação do terreno. Onde: � = altura dos olhos do observador; por convenção pode ser usado 1,3 m. Distância corrigida = distância aparente θcosx . Como a altura da árvore é o produto da distância pelas tangentes dos ângulos de visada, a altura corrigida será: θ×= coshh aparentecorrigida , pois;: h = dist x (tg ∝1 +- tg ∝2) * cos θ . A interpretação da Tabela 13 permite verificar que, para uma mesma declividade do terreno (supondo esse efeito na determinação da distância), quanto maior for a diferença entre a altura real e a medida, maior será a altura da árvore considerada. Da mesma forma, maior será esta diferença com o aumento da declividade do terreno. Biometria Florestal 46 TABELA 13 - Altura de árvores corrigidas para diferentes graus de declividade do terreno. Declividade Altura (m) graus % cos θ 13,00 25,00 40,00 1 1,74 0,999 12,98 24,97 39,96 3 5,24 0,998 12,97 24,95 39,92 5 8,75 0,996 12,95 24,90 39,84 7 12,28 0,992 12,89 24,80 39,68 9 15,84 0,987 12,83 24,67 39,48 12 21,26 0,978 12,72 24,45 39,13 15 26,80 0,966 12,56 24,15 38,64 25 46,63 0,906 11,78 22,66 36,25 Assim, ao tomar a medida da altura, o observador deve avaliar a necessidade da correção do efeito da declividade do terreno sobre a medição da distância e, caso necessário, fazer a correção do valor obtido. Para fins de padronização de procedimentos, efetuar sempre a correção da distância toda vez que o terreno apresentar declividade superior a 8º, situação que provocará um erro de cerca de 40 cm da distância ou na altura calculada. Como regra geral, o operador deve, ainda, para obter maior precisão devido a melhor visualização da árvore e menor erro de operação (menor inclinação do aparelho), medir a árvore a uma distância no mínimo igual à altura da mesma. Por exemplo, considerando-se: - Leitura na base da árvore = +29%; - Leitura no ápice da árvore = -23%; Biometria Florestal 47 - Distância sobre terreno = 25m; e - Declividade = 9° = 15,84%; a altura da árvore será: 52,0 100 52 100 23 100 29 ==+ �=× mmm 0,132525,0 altura medida Considerando o limite de 8º para a correção da declividade, tem-se: Sendo: 45º -------- 100% de declividade Cos 9° = 0,9877 Altura corrigida = hCos ⋅θ = 0,9877x13 = 12,84 m � 12,8 m O mesmo resultado será obtido ao fazer a correção da declividade multiplicando-se a distância medida sobre o terreno por cos ∞ . 0,9877 x 25 = 24,69 m 52,0 100 23 100 29 =+ 0,52 x 24,69 m = 12,8 m. Biometria Florestal 48 4.2.2.2.2 Clinômetro ou Nível de Abney É um nível refletor, resistente e prático, conhecido como altímetro de bolso. Constituí-se basicamente de um tubo metálico de secção quadrada, através do qual se efetuam as visadas do ápice e base da árvore. As leituras são feitas sobre o arco graduado de 0 a 90 graus, em ambos os lados de zero. Acoplado ao arco, encontra-se um vernier para aproximação de 10 minutos nas medidas angulares. Durante as visadas, a luneta arrasta, em seu movimento, o círculo vertical com o respectivo vernier. Preso ao vernier existe um nível de bolha, cuja imagem é projetada para a objetiva da luneta através de um sistema de espelhos (Figura 23). Desse modo, ao visar o ápice ou a base da árvore, aciona-se um parafuso de nivelamento que coloca o vernier exatamente na posição vertical. O ponto exato do nivelamento é definido pela coincidência da bolha do nível projetada, com o retículo horizontal da luneta. A altura da árvore será determinada pelo somatório das tangentes dos ângulos correspondentes ao ápice e base, multiplicado pela distância horizontaldo observador à árvore. FIGURA 23 - Clinômetro ou Nível de Abney. Biometria Florestal 49 4.2.2.2.3 Hipsômetro de Blume-Leiss Este aparelho é o dendrômetro de maior difusão no meio florestal por causa de sua precisão, resistência e facilidade de manuseio (Figura 24). O aparelho fornece diretamente o produto das tangentes dos ângulos trigonométricos pelas distâncias. Assim, a soma das medições fornece a altura da árvore. Na face anterior do aparelho, onde são feitas as leituras, aparecem quatro escalas métricas (15, 20, 30, e 40 m) e uma em % ou graus, dispostas em arcos como mostra a Figura 24 a. Para as distâncias de 15 e 20 metros, as escalas são graduadas com precisão de 0,5 m; para distâncias de 30 e 40 metros, as escalas são graduadas de metro em metro. As leituras ficam determinadas por um pêndulo. Quando o aparelho está na horizontal, o pêndulo sobrepõe a marca do zero em todas as escalas. O pêndulo é liberado por um botão situado na parte posterior do aparelho e preso por um gatilho localizado na parte frontal. O botão e o gatilho devem ser acionados pelo dedo indicador. Durante a medição de altura, deve-se ter o cuidado para só prender o pêndulo quando este estiver sem oscilação. As leituras só podem ser efetuadas se o operador colocar se exatamente em uma distância gravada nas escalas (15, 20, 30 ou 40 m) para leitura nas escalas métricas correspondentes. Para a determinação dessa distância, o operador recorre a uma mira auxiliar, específica do aparelho, graduada em 0, 15 e 30 m ou 0, 20 e 40 m na face posterior (Figura 24 b). A mira, encostada à árvore, será observada através de um dióptro (lente que provoca a convergência dos raios luminosos por processo ótico), situado na face posterior do aparelho. O operador estará à distância desejada quando o valor zero da mira seja sobreposto com o valor da distância procurada. Isto ocorre no centro da régua (imagem virtual), como está representada na Figura 24 c. O aparelho apresenta, na face posterior, os fatores de correção para a declividade que devem ser usados segundo a conveniência. Biometria Florestal 50 FIGURA 24 - Hipsômetro de Blume-Leiss (a), escala (b), e esquema de determinação ótica da distância (c). Caso seja utilizada outra distância, a leitura será realizada na 5ª escala em graus ou %. Esta escala situa-se abaixo das escalas métricas e é apresentada em graus ou em percentagem, conforme o modelo do aparelho. Seu emprego requer o cálculo das tangentes dos ângulos, como demonstrado anteriormente, bem como a determinação da distância entre o observador e a árvore. 4.2.2.2.4 Hipsômetro de Haga É um instrumento muito semelhante ao Blume-Leiss, no que se referàe sua construção e princípio de funcionamento. Biometria Florestal 51 A principal diferença entre os instrumentos reside no mostrador de escalas, pois o Haga apresenta visível apenas uma escala de cada vez, como mostra a Figura 25. FIGURA 25 - Hipsômetro de Haga. Para se efetuar as leituras na escala de distância desejada, basta girar o eixo hexagonal rotativo, que contém uma escala em cada face (15, 20, 25 e 30 m). Outra diferença é encontrada na quinta escala do aparelho, que é graduada em porcentagem e / ou arcos trigonométricos. Para a determinação da distância horizontal, utiliza-se o sistema ótico. O aparelho apresenta um telêmetro semelhante ao do Blume-Leiss, diferindo, no entanto, a mira auxiliar constituída de uma faixa de tecido, em algodão, contendo duas fixas brancas transversais, em plástico, sendo a superior fixa, e a inferior, móvel. Sendo a mira composta de material leve, oscila com facilidade em dias com vento, o que pode dificultar a determinação das distâncias. Em função das características da mira auxiliar, cuja faixa inferior é móvel, pode-se determinar qualquer distância a partir da relação entre a distância graduada na mira e a distância horizontal correspondente. Por regra de três, determina-se a distância entre as faixas que resulta a distância horizontal desejada. Biometria Florestal 52 4.2.2.2.5 Hipsômetro de Suunto É um clinômetro de precisão usado para medir ângulos verticais, declividades e alturas por meio de leituras diretas em graus ou porcentagem. O aparelho é resistente, de fácil manejo e compacto, constando de uma pequena caixa metálica com, aproximadamente, 8 cm de comprimento por 6,5 cm de altura e 1,5 cm de largura. Possui uma ocular, em cujo interior lê-se duas escalas, sendo uma graduada de 0 a ± 90 graus e outra de 0 a ± 150% (Figura 26). . FIGURA 26 - Hipsômetro de Suunto. O aparelho é também disponível com telêmetro, semelhante aos dois hipsômetros anteriores. Durante a medição, o hipsômetro é visado por um olho, continuando o outro aberto para observar o ponto de medição. Por uma ilusão de ótica, a marca interna do aparelho é projetada para fora e pode ser observada no ponto de medição (base ou ápice da árvore). Nesta situação, é feita a leitura e determinada a altura da árvore, a partir da solução das tangentes dos ângulos, multiplicada pela distância horizontal, como visto Biometria Florestal 53 anteriormente. A correção da distância para a projeção horizontal ou diretamente da altura aparente para a altura corrigida pode ser realizada por redução através do cosseno do ângulo de inclinação do terreno, conforme demonstrado em 4.2.2.1 ou através de nomograma (Figura 27 a e b). Para a correção da altura medida a qualquer distância, através do nomograma, usa-se uma régua para unir a escala da esquerda (representa o ângulo de inclinação do terreno em graus) com a escala da direita, a qual representa a altura aparente (altura medida). A altura corrigida será lida no ponto onde a régua cruza a escala central. Para uma distância sobre o terreno de 20,0 m (distância aparente), não é necessário determinar o ângulo de inclinação do terreno. Usando o nomograma para a distância de 20,0 m (Figura 27 b) ,entra-se com valor em % lido na base da árvore na escala da esquerda, e une-se este valor com a altura lida para a árvore. A altura corrigida ficará também determinada no ponto de cruzamento da régua com a escala central. 4.2.2.2.6 Hipsômetro Vertex O hipsômetro Vertex é um aparelho eletrônico de fácil manuseio e alta precisão. A principal vantagem deste aparelho é poder fazer a medição a qualquer distância, lendo a altura diretamente no visor do aparelho. Essa possibilidade traz grande rendimento ao trabalho de campo, pois o medidor só começará a medição quando se posicionar em um ponto onde visualize tanto a extremidade da copa, como a posição do dap, não ocorrendo perda de tempo na busca de uma distância fixa que atenda também as duas condições. Além disso, o aparelho fornece em seu visor a distância aparente, o ângulo de inclinação do terreno, a distância corrigida e à altura da árvore, podendo-se repetir essa operação, de um mesmo local de medição, três vezes. O Vertex é composto de duas partes, uma que é o próprio aparelho e outra Biometria Florestal 54 que consiste de um transponder (Figura 28). Para realizar a medição, o transponder é ligado e colocado a altura do dap da árvore que terá sua altura medida. O observador fará a mira, vizando o transponder e mantendo o botão vermelho suavemente pressionado até observar o ponto vermelho, que serve de indicador da mira, desaparecer e retornar a objetiva de forma pulsante. Nesse momento, o aparelho Biometria Florestal 55Biometria Florestal 56 FIGURA 27 - Nomograma para correção da altura. mostrará, no visor lateral, a distância aparente, o ângulo de visada e a distância corrigida. O observador faz nova mira, também pressionando o botão vermelho, visando a extremidade da copa; até observar que o ponto vermelho desaparece da objetiva, retornando em seguida. No visor, será registrada a altura da árvore. Essa medida poderá ser repetida mais duas vezes, caso desejado, sendo registrado no visor lateral as três medidas. A altura da árvore é calculada internamente no aparelho pela tangente dos ângulos �1 e �2, multiplicado pela distância corrigida para a projeção horizontal e somado ao valor 1,3. Conforme o esquema da Figura 28. FIGURA 28 - Determinação da altura com o Vertex. O valor da altura apresentado no visor é resultante de: Biometria Florestal 57 h = ( tg �1 + tg �2 ) * distância aparente * cos � . 4.2.2.2.7 Principais erros na medição da altura Em teoria, durante a medição da altura podem ocorrer três tipos de erros, embora, na prática ,seja difícil separar seus componentes uma vez que suas causas são simultâneas. Esses erros segundo Loetsch et al. (1973), podem ser divididos em: - erros relacionados com o objeto; - erros relacionados com o instrumento; - erros relacionados com o observador. 4.2.2.2.7.1 Erros relacionados com o objeto a ser medido De modo geral, as alturas só podem ser bem definidas se for possível visualizar, de um mesmo local, o ápice e base da árvore. s folhosas, em razão da convexidade e, muitas vezes, devido a heterogeneidade na forma da copa têm geralmente sua altura superestimada, em decorrência da dificuldade de observação do seu ápice. Muitas incertezas na medição são causadas pela densidade do povoamento pois este, muitas vezes, dificulta a visualização do ponto de medição. Também o sub- bosque pode provocar a diminuição da luminosidade, dificultando a visualização da base da árvore. 4.2.2.2.7.2 Erro causado pela inclinação da árvore Caso a árvore que está sendo medida seja inclinada na direção do observador ou em sentido contrário, a sua altura será superestimada e sub-estimada Biometria Florestal 58 respectivamente, em decorrência da variação da distância do ponto de visada da copa e da base da árvore em relação ao observador. Como exemplo, suponha uma árvore com altura (h) real de 28,0 m e distância da perpendicular tomada do ponto de projeção da extremidade da copa sobre o solo à base da mesma seja 3,0 m, como mostra a Figura 29. FIGURA 29 - Erro na medição da altura, devido à inclinação da árvore. Sendo A’BA um triângulo retângulo, tem-se: 222 A'AB'AAB += 222 A'AABB'A −= 222 328B'A −= 775B'A 2 = m 27,8' =BA Observa-se, portanto, para distâncias do ponto de projeção de copa menores que 3,0 m e altura igual a 28,0 m, que a altura B'A não difere muito da Biometria Florestal 59 verdadeira altura. Neste caso, a correção da altura pode ser obtida, segundo Husch et al. (1982), determinando-se o ponto sobre o solo correspondente à projeção do ápice da árvore e tomando-se esse ponto para a determinação da distância para medição da altura da árvore. De outra forma, para determinar a altura correta, mede-se o ângulo de inclinação Ø e multiplica-se a altura medida pela secante do ângulo conforme mostra a Figura 30. Na prática, entretanto, o ângulo � é difícil de ser obtido. FIGURA 30 - Correção da medição de altura de árvores inclinadas. Onde: � = ângulo de inclinação e, B h = sec θ ( ) sec Bh θ⋅= ( ) 1 100 %Bh 2 + θ ⋅= Consegue-se reduzir o erro de altura devido à inclinação da árvore, Biometria Florestal 60 efetuando-se a medição de modo que a linha de pontaria seja perpendicular ao plano vertical que contém a árvore, ou seja, a inclinação da árvore é vista à direita ou à esquerda do observador. Caso não seja possível se colocar nessa posição, é conveniente efetuar a medição de um ponto que se distancie o máximo possível da árvore que se deseja medir (Figura 31). FIGURA 31 - Erros de medição da altura da árvore inclinada em função da distância do observador. Observa-se que à medida que o observador se distancia da árvore, a altura medida tende para o valor real da mesma. Para uma mesma inclinação da árvore, tanto na direção do observador, quanto em direção contrária, o erro de avaliação é tanto menor quanto mais distante estiver o observador, conseqüentemente menor será o ângulo de pontaria dado no hipsômetro. 4.2.2.2.7.3 Erro causado pela forma da copa Biometria Florestal 61 Em geral, as folhosas, por apresentarem copas de forma convexa, dificultam a determinação do ponto extremo superior da árvore, acarretando estimativas de altura maiores do que a real. No exemplo da Figura 32, verifica-se que em razão da forma da copa ocorre uma superestimativa da altura quando o observador está na posição A. Verifica-se, ainda, que à medida que o observador se afasta da árvore este erro vai diminuindo, pois consegue visualizar melhor o ponto correto para a medição da altura (posição B). Na posição A, a altura da árvore será 1h (superestimada), e, na posição B, a altura terá o valor correto “h”. FIGURA 32 - Erros na medição da altura em função da forma da copa e distância do observador. 4.2.2.2.7.4 Erros relacionados com o aparelho, com o observador e com fatores que impedem a visualização da base da árvore Compreendem todos os erros causados por mal funcionamento do aparelho. Biometria Florestal 62 Por exemplo, no Blume-Leiss pode ocorrer com o uso continuado, folga no ponto de inserção do pêndulo, deixando-o fora de centro e, em conseqüência, raspando nas escalas, não tendo livre movimentação. Outro exemplo que merece menção é a interferência eletrônica sobre o Vertex ocasionando erros grosseiros na determinação da distância e alturas. Essa interferência pode ser sentida quando dois aparelhos são operados próximos um do outro, como em uma unidade amostral. Os erros relacionados com o observador são aqueles ocasionados pela tomada de um ponto incorreto de medição onde ocorre uma má visualização da copa ou base da árvore; pela falta de firmeza nas mãos e/ou treinamento inadequado do operador, entre outros. Caso o sub-bosque ou outro fator impeça a observação da base da árvore, pode-se usar o artifício de visar o tronco a uma altura conhecida, como, por exemplo, o dap e após acrescer esta altura na medição, como mostra a Figura 33. h = leitura 1 ± leitura 2 + altura pré-determinada FIGURA 33 - Erro na determinação da altura em razão da presença de sub-bosque. Biometria Florestal 63 5 RELAÇÃO ALTURA E DIÂMETRO A relação altura e diâmetro de uma árvore é, comumente, simbolizada por “h/d” e denominada “relação hipsométrica”. No inventário florestal, esta relação é usada para fornecer as alturas de árvores que tiveram apenas o diâmetro medido, e na determinação de alturas dominantes. 5.1 Características da relação hipsométrica A relação hipsométrica, ou relação entre o diâmetro e altura das árvores, é regulada geneticamente e só tem sentido quando analisada para uma espécie. É fácil observar que espécies distintas podem ter valores de relação h/d diferentes. Um Eucalyptus grandis com 20,0
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