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Title: Ferramenta alternativa para a taxonomia vegetal: assinatura espectral da madeira de árvores caídas naturalmente na Amazônia Central
Authors: Silva, Claudia Eugenio
metadata.dc.contributor.advisor: Higuchi, Niro
metadata.dc.contributor.co-advisor: Nascimento, Claudete Catanhede do
Nascimento, Cristiano Souza do
Keywords: Botânica econômica
Espectroscopia no infravermelho próximo
Árvores caídas
Madeiras amazônicas
Identificação taxônomica alternativa
Issue Date: 2-Feb-2024
metadata.dc.publisher.program: Botânica
Abstract: Alternative tool for plant taxonomy: Fingerprint of wood from natural fallen trees in the Central Amazon The infrared spectrum reveals a significant range of information about organic molecules present in various materials, including plant tissue. This spectrum carries the sample's "fingerprint" important information for integrative taxonomy studies. The challenge of taxonomic recognition of fallen trees in tropical forests, which often lack flowers, fruits, and leaves during field collection, motivated this study. The main objective was to evaluate and develop predictive models using Fourier transform near-infrared spectroscopy (FT-NIR) as an alternative tool for the botanical discrimination of wood from natural fallen trees from the Lecythidaceae and Myristicaceae families occurring in the Central Amazon. During a forest inventory in the Alto Solimões region (Amazonas, Brazil), arboreal individuals were diagnosed on the forest floor, known as natural fallen trees. A significant number of trees, such as máta-matá, tauari, and ucuúba, were identified by parabotanists and collected for the study. Samples were taken from the trunk for anatomical identification and obtaining NIR spectra (10,000 to 4,000 cm-1). A total of 1,836 spectra were collected and used in multivariate analysis (calibration, validation, and testing). Investigation of absorption bands in the NIR region and the use of chemometrics facilitated the interpretation of spectra with a high identification rate. The application of the Mahalanobis distance algorithm to the spectral data of Lecythidaceae wood identified seven species (Couratari sp., Couratari guianensis, C. stellata, Eschweilera coriacea, E. odora, Lecythis usitata and Holopyxidium sp.) distributed in four genera. In turn, linear discriminant analysis (LDA) was able to discriminate Myristicaceae wood into two genera: Iryanthera ulei and Virola (V. elongata, V. pavonis, V. surinamensis, Virola sp1 and Virola sp2). NIR spectroscopy, combined with multivariate models on the xylem tissue of fallen trees, emerges as a valuable tool to facilitate botanical recognition, especially in scenarios with limited availability of fertile plant material. This approach not only proves useful in floristic studies but also plays a vital role in characterizing the properties of the wood raw material, thus contributing to optimizing its use in line with the principles of economic botany. Integration of these techniques can offer crucial insights for decision-making in forest management plans, indicating alternative uses for this biomass often neglected by the forestry sector. Keywords: Fallen trees, alternative taxonomy, Amazonian wood, multivariate models, near-infrared spectroscopy
metadata.dc.description.resumo: O espectro infravermelho revela uma gama significativa de informações sobre moléculas orgânicas presentes em diversos materiais, incluindo o tecido vegetal. Esse espectro carrega a "assinatura digital" da amostra, informação importante para estudos de taxonomia integrativa. O desafio do reconhecimento taxonômico de árvores caídas em florestas tropicais, que frequentemente carecem de flores, frutos e folhas durante a coleta de campo, motivou este estudo. O objetivo principal foi avaliar e desenvolver modelos preditivos utilizando a espectroscopia do infravermelho próximo com transformada de Fourier (FT-NIR) como ferramenta alternativa para a discriminação botânica de madeiras de árvores caídas naturalmente das famílias Lecythidaceae e Myristicaceae de ocorrência na Amazônia Central. Durante inventário florestal na região do Alto Solimões (Amazonas, Brasil), foram diagnosticados indivíduos arbóreos no chão da floresta, conhecidos como árvores caídas naturalmente. Um número significativo de árvores, como máta-matá, tauari e ucuúba, foram identificadas pelos parabotânicos e coletadas para o estudo. Amostras foram retiradas do tronco para identificação anatômica e obtenção de espectros NIR (10.000 a 4.000 cm-1). Um total de 1.836 espectros foram coletados e utilizados na análise multivariada (calibração, validação e teste). A investigação das bandas de absorção na região NIR e o uso da quimiometria facilitaram a interpretação dos espectros com alto índice de identificação. A aplicação do algoritmo distância Mahalanobis aos dados espectrais das madeiras de Lecythidaceae identificou sete espécies (Couratari sp., Couratari guianensis, C. stellata, Eschweilera coriacea, E. odora, Lecythis usitata e Holopyxidium sp.) distribuídas em quatro gêneros. Por sua vez, a análise discriminante linear (LDA) foi capaz de discriminar madeiras de Myristicaceae em dois gêneros: Iryanthera ulei e Virola (V. elongata, V. pavonis, V. surinamensis, Virola sp1 e Virola sp2). A espectroscopia NIR, aliada a modelos multivariados, no tecido xilemático de árvores caídas, emerge como uma ferramenta valiosa para facilitar o reconhecimento botânico, especialmente em cenários com disponibilidade limitada de material vegetal fértil. Essa abordagem não apenas se mostra útil em estudos florísticos, mas também desempenha um papel vital na caracterização das propriedades da matéria-prima da madeira, contribuindo assim para otimizar sua utilização, alinhada aos princípios da botânica econômica. A integração dessas técnicas pode oferecer insights importante para a tomada de decisões em planos de manejo florestais, indicando usos alternativos para esta biomassa muitas vezes negligenciada pelo setor florestal. Palavras-Chave: Árvores caídas, taxonomia alternativa, madeiras amazônicas, modelos multivariados, espectroscopia no infravermelho próximo.
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