Allometric modelling and biomass estimation in South American Savannas : advances from the Brazilian Cerrado

dc.contributor.advisorSantos, Rubens Manoel dos
dc.contributor.co-advisorDexter, Kyle Graham
dc.contributor.refereeSouza, Cléber Rodrigo de
dc.contributor.refereeNunes, Yule Roberta Ferreira
dc.contributor.refereePinto, José Roberto Rodrigues
dc.contributor.refereeAraújo, Felipe de Carvalho
dc.creatorSantiago, Oberdan Rafael Pugoni Lopes
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7540536862562230
dc.creator.orcidhttps://orcid.org/0009-0005-7288-1235
dc.date.accessioned2026-01-30T13:55:05Z
dc.date.issued2025-10-28
dc.description.abstractTropical savannas cover almost one-fifth of the Earth’s land surface, surpassing tropical forests in area, and play a critical role in biodiversity conservation, ecosystem services, and global carbon cycling. Despite its ecological and climatic importance, accurately estimating biomass remains challenging due to the biome's structural heterogeneity and the limited applicability of existing pantropical allometric models, which have primarily been developed for tropical forests. In this thesis, we developed new allometric models tailored to Brazilian savanna vegetation using destructive sampling data from 915 stems (123 species ) across eight Cerrado regions and applied them to 50 permanent plots comprising (>37,000 stems). To harmonise measurement standards, we first constructed a conversion model between diameter at 0.30 m height (D0.3) and diameter at breast height (D1.3), and subsequently tested six mixed-effects models incorporating tree height (H) and wood density (ρ). The best predictive performance was obtained with model mB2a (ln(B) ~ ln(D1.3) + ln(D1.3)2 + ln(ρ)), which accounted for spatial variability by including region as a random effect. We also developed a height–diameter (H–D1.3) model to estimate missing height data. Although models including height offered slightly higher explanatory power, mB2a yielded superior cross-validation results (RMSE = 1.49 kg, MAE = 1.34 kg), emerging as the most reliable predictor. Beyond the Cerrado, structural and floristic convergence suggests these models may be transferable to other South American savannas, such as the Llanos and Amazonian patches. By providing biome-specific allometric tools, our study improves the reliability of carbon stock assessments, with direct implications for conservation planning, REDD+ initiatives, and climate change mitigation across South America’s dry tropics.
dc.description.areastematicasdaextensaoMeio ambiente
dc.description.concentrationCiências Florestais
dc.description.notesArquivo retido a pedido da autoria, até dezembro de 2026.
dc.description.odsODS 13: Ação contra a mudança global do clima
dc.description.odsODS 15: Vida terrestre
dc.description.odsODS 17: Parcerias e meios de implementação
dc.description.resumoAs savanas tropicais cobrem cerca de um quinto da superfície terrestre, superando em área as florestas tropicais, e exercem papel central na conservação da biodiversidade, na provisão de serviços ecossistêmicos e no ciclo global do carbono. No entanto, a estimativa de biomassa nesses ambientes ainda é desafiadora devido à alta heterogeneidade estrutural e à limitada aplicabilidade dos modelos alométricos pantropicais, originalmente desenvolvidos para florestas tropicais. Nesta tese, desenvolvemos novos modelos alométricos específicos para a vegetação do Cerrado, a partir de dados de amostragem destrutiva de 915 fustes (123 espécies) distribuídos em oito regiões. Para harmonizar diferentes datasets, construímos um modelo de conversão entre o diâmetro a 0,30 m de altura (D0,3) e o diâmetro à altura do peito (D1,3). Em seguida, testamos seis modelos de efeitos mistos, incorporando a altura das árvores (H) e a densidade da madeira (ρ). O modelo mB2a (ln(B) ~ ln(D1,3) + ln(D1,3)2 + ln(ρ)) alcançou o melhor desempenho. Também foi desenvolvido um modelo H–D1,3 para estimar dados ausentes de altura. Embora os modelos com altura apresentassem ligeiramente maior poder explicativo, o mB2a se destacou na validação cruzada (RMSE = 1,49 kg; MAE = 1,34 kg), emergindo como o mais confiável. Além do Cerrado, a convergência estrutural e florística indica que esses modelos podem ser transferíveis para outras savanas sul- americanas, como os Llanos e manchas amazônicas. Assim, os modelos aqui propostos aprimoram a confiabilidade das estimativas de estoque de carbono, contribuindo para políticas de conservação, iniciativas REDD+ e estratégias de mitigação climática nos trópicos secos da América do Sul.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.tipodeimpactoSociais
dc.description.tipodeimpactoEconômicos
dc.identifier.citationSANTIAGO, Oberdan Rafael Pugoni Lopes. Allometric modelling and biomass estimation in South American Savannas : advances from the Brazilian Cerrado. 2025. 54 p. Tese (Doutorado em Engenharia Florestal) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufla.br/handle/1/60565
dc.language.isoen
dc.publisherUniversidade Federal de Lavras
dc.publisher.collegeEscola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL)
dc.publisher.countrybrasil
dc.publisher.initialsUFLA
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Florestal
dc.subjectSouth American savannas
dc.subjectAboveground biomass
dc.subjectMixed-effects modelling
dc.subjectWood density
dc.subjectCarbon stock
dc.subjectSavanas sul-americanas
dc.subjectBiomassa aérea
dc.subjectModelagem de efeitos mistos
dc.subjectDensidade da madeira
dc.subjectEstoque de carbono
dc.subject.cnpqCiências Agrárias
dc.titleAllometric modelling and biomass estimation in South American Savannas : advances from the Brazilian Cerrado
dc.title.alternativeModelagem alométrica e estimativa de biomassa em Savanas Sul-Americanas: avanços a partir do Cerrado Brasileiro
dc.typetese

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