Herramientas de corte para optimizar parámetros de clasificación de especies maderables con redes neuronales convolucionales / Cutting tools to optimize classification parameters of timber species with convolutional neural networks

Introducción: La gran diversidad de especies maderables tropicales demanda el desarrollo de nuevas tecnologías de identificación con base en sus patrones o características anatómicas. La aplicación de redes neuronales convolucionales (CNN) para el reconocimiento de especies maderables tropicales se ha incrementado en los últimos años por sus resultados prometedores. Objetivo: Evaluamos la calidad de las imágenes macroscópicas con tres herramientas de corte para mejorar la visualización y distinción de las características anatómicas en el entrenamiento del modelo CNN. Métodos: Recolectamos las muestras entre el 2020 y 2021 en áreas de explotación forestal y aserraderos de Selva Central, Perú. Luego, las dimensionamos y, previo a la identificación botánica y anatómica, las cortamos en secciones transversales. Generamos una base de datos de imágenes macroscópicas de la sección transversal de la madera, a través del corte, con tres herramientas para ver su rendimiento en el laboratorio, campo y puesto de control. Resultados: Usamos tres herramientas de corte para obtener una alta calidad de imágenes transversales de la madera; obtuvimos 3 750 imágenes macroscópicas con un microscopio portátil que corresponden a 25 especies maderables. El cuchillo ''Tramontina'' es duradero, pero pierde el filo con facilidad y se necesita una herramienta para afilar, el cúter retráctil ''Pretul'' es adecuado para madera suave y dura en muestras pequeñas de laboratorio; el cuchillo ''Ubermann'' es apropiado para el campo, laboratorio y puesto de control, porque tiene una envoltura duradera y láminas intercambiables en caso de pérdida de filo. Conclusiones: La calidad de las imágenes es decisiva en la clasificación de especies maderables, porque permite una mejor visualización y distinción de las características anatómicas en el entrenamiento con los modelos de red neuronal convolucional EfficientNet B0 y Custom Vision, lo cual se evidenció en las métricas de precisión.

Introduction: The great diversity of tropical timber species demands the development of new technologies capable of identifying them based on their patterns or anatomical characteristics. The application of convolutional neural networks (CNN) for the recognition of tropical timber species has increased in recent years due to the promising results of CNNs. Objective: To evaluate the quality of macroscopic images with three cutting tools to improve the visualization and distinction of anatomical features in the CNN model training. Methods: Samples were collected from 2020 to 2021 in areas of logging and sawmills in the Central Jungle, Peru. They were later sized and, after botanical and anatomical identification, cut in cross sections. A database of macroscopic images of the cross-section of wood was generated through cutting with three different tools and observing its performance in the laboratory, field, and checkpoint. Results: Using three cutting tools, we obtained high quality images of the cross section of wood; 3 750 macroscopic images were obtained with a portable microscope and correspond to 25 timber species. We found the ''Tramontina'' knife to be durable, however, it loses its edge easily and requires a sharpening tool, the ''Pretul'' retractable cutter is suitable for cutting soft and hard wood in small laboratory samples and finally the ''Ubermann'' knife is suitable for use in the field, laboratory, and checkpoint, because it has a durable sheath and interchangeable blades in case of dullness. Conclusion: The quality of the images is decisive in the classification of timber species, because it allows a better visualization and distinction of the anatomical characteristics in training with the EfficientNet B0 and Custom Vision convolutional neural network models, which was evidenced in the precision metrics.

Regional concentration of native fuelwood production in Rio Grande do Norte, Brazil (1990­2017) / Concentração regional da produção de lenha nativa no Rio Grande do Norte, Brasil (1990-2017)

This paper examined the regional concentration of native fuelwood production in Rio Grande do Norte, Brazil, between 1990-2017. Information on native fuelwood was gathered from forestry activities collected by the Brazilian Institute of Geography and Statistics (IBGE). This study analyzed the current situation and the spatial distribution of the state's fuelwood production by quartiles. The following indicators were used to measure market concentration: Gini Coefficient (G), Comprehensive Concentration Index (CCI), Herfindahl-Hirschman Index (HHI) and Concentration Ratio [CR(k)]. In Rio Grande do Norte, there was a -2.76% annual decrease in the production of native fuelwood, from 5,280 x10³ m³ (1990) to 777 x10³ m³ (2017). Classification of the municipalities by quartile revealed that most municipalities had low fuelwood production. The G inferred a very strong to absolute inequality for the municipalities and a weak to null inequality for the mesoregions.The CCI demonstrated no market concentration in the municipalities and a regional concentration in the mesoregions. The HHI corroborated the CCI by affirming the presence of a competitive market for the municipalities and microregions and a concentrated market in the mesoregions.The CR(k) of the four largest municipalities indicated a moderately low concentration. This study concluded that there is a competitive market structure for native fuelwood inthe state of Rio Grande do Norte.

Este artigo analisou a concentração regional da produção de lenha nativa do Rio Grande do Norte - Brasil, no período de 1990 a 2017. As informações da lenha nativa foram obtidas da produção da extração vegetal e da silvicultura, disponíveis no Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Analisou a conjuntura, a distribuição espacial da produção de lenha estadual por meio os quartis e mensurou a concentração por meio dos indicadores: Coeficiente de Gini (G), Índice de Concentração Compreensiva (CCI), Índice de Herfindahl-Hirschman (HHI) e Razão de Concentração [CR(k)]. Os resultados mostraram que houve decréscimo de -2,76% a.a. na produção de lenha nativa estadual, partindo de 5.280 x10³ m³ (1990) para 777 x10³ m³ (2017). O quartil municipal revelou que a maioria dos municípios produz pouca lenha; apesar do G ter inferido uma desigualdade muito forte a absoluta para os municípios produtores de lenha e fraca a nula para as mesorregiões, já o CCI mostrou para os municípios que é não concentrado e as mesorregiões tem concentração regional; HHI corroborou com esta afirmação mostrando um mercado altamente competitivo para os municípios e microrregiões e concentrado para as mesorregiões produtoras de lenha; o CR(k) dos quatro maiores municípios foi constatada uma concentração moderadamente baixa. Conclui-se que a lenha nativa do estado do Rio Grande do Norte possui estrutura de mercado competitiva.

Wood anatomy of Laguncularia racemosa (Combretaceae) in mangrove and transitional forest, Southern Brazil / Anatomía de la madera de Laguncularia racemosa (Combretaceae) en manglar y bosque de transición en el sur de Brasil

Abstract Mangroves represent an environment of great heterogeneity and low diversity of plant species that have structural and physiological adaptations linked to a high salinity environment. Laguncularia racemosa is a typical tree species in mangroves and transitional zones. This study aimed to compare the wood anatomy of L. racemosa (Combretaceae) in two different forests (mangroves and transitional forests), which have different soil conditions. For this, we obtained wood and soil samples in March 2016. We analyzed soil nutritional contents in one 15 cm deep soil sample per forest type. In addition, we selected five mangrove trees in each formation for wood anatomy analysis and took one wood sample per individual, per area. We prepared histological slides and separated materials following standard methods for wood anatomy studies. Soil analysis showed that mangrove soils had higher phosphorus, potassium and calcium contents. The transitional soil had lower pore water salinity and soil pH, probably due to high aluminum levels. Anatomical attributes differed between different forest populations. In the different wood aspects evaluated, we obtained higher values in mangrove individuals when compared to the transitional forest population: vessel elements length (375.79 mm), tangential vessels diameter (75.85 mm), frequency of vessels (11.90 mm) and fiber length (889.89 mm). Moreover, parenchyma rays height was larger in the samples of the transitional forest (392.80 mm), while the mangrove population presented wider rays (29.38 mm). The structure of the secondary xylem in the studied species apparently responds to edaphic parameters and shows variations that allow it to adjust to the environmental conditions. The population of the transitional forest showed a secondary xylem that invests more in protection than the mangrove population. Rev. Biol. Trop. 66(2): 647-657. Epub 2018 June 01.

Resumen Los manglares representan un ambiente de gran heterogeneidad y baja diversidad de especies vegetales que tienen adaptaciones estructurales y fisiológicas ligadas a un ambiente de alta salinidad. Laguncularia racemosa es una especie de árbol típico en los manglares y en zonas de transición. El objetivo de este estudio fue comparar la anatomía de la madera de L. racemosa (Combretaceae) en dos bosques distintos (manglares y bosques de transición) que tienen diferentes condiciones edáficas. Para esto se obtuvieron muestras de madera y suelo en marzo 2016. Se analizaron los contenidos nutricionales de una muestra de suelo de 15 cm de espesor por tipo de bosque. Además, se seleccionaron cinco árboles de mangle en cada formación para el análisis de la anatomía de la madera y se tomó una muestra de cada individuo por área. Se prepararon láminas histológicas y se separaron los materiales siguiendo métodos convencionales para estudios de anatomía de la madera. El análisis del suelo mostró que en el manglar hay mayor contenido de fósforo, potasio y calcio. El suelo del bosque de transición tiene menor salinidad del agua capilar y pH del suelo, probablemente debido a los altos niveles de aluminio. Los atributos anatómicos difirieron entre las distintas poblaciones de bosque. En los distintos aspectos de la madera evaluados, se obtuvieron valores más altos en los individuos del manglar comparados con los de la población del bosque de transición: longitud de los elementos de los vasos (375.79 mm), diámetro de los vasos tangenciales (75.85 mm), frecuencia de vasos (11.90 mm) y longitud de la fibra (889.89 mm). Además, la altura de los rayos de parénquima fue mayor en las muestras del bosque de transición (392.80 mm) mientras que la población de manglar presentó rayos más anchos (29.38 mm). La estructura del xilema secundario en la especie estudiada aparentemente responde a los parámetros edáficos y muestra variaciones que le permiten adecuarse a las condiciones ambientales. La población del bosque de transición mostró un xilema secundario que invierte más en protección que la población del manglar.

Heartwood and sapwood in eucalyptus trees: non-conventional approach to wood quality

ABSTRACT This study evaluated the quality of heartwood and sapwood from mature trees of three species of Eucalyptus, by means of the qualification of their proportion, determination of basic and apparent density using non-destructive attenuation of gamma radiation technique and calculation of the density uniformity index. Six trees of each species (Eucalyptus grandis - 18 years old, Eucalyptus tereticornis - 35 years old and Corymbia citriodora - 28 years old) were used in the experimental program. The heartwood and sapwood were delimited by macroscopic analysis and the calculation of areas and percentage of heartwood and sapwood were performed using digital image. The uniformity index was calculated following methodology which numerically quantifies the dispersion of punctual density values of the wood around the mean density along the radius. The percentage of the heartwood was higher than the sapwood in all species studied. The density results showed no statistical difference between heartwood and sapwood. Differently from the density results, in all species studied there was statistical differences between uniformity indexes for heartwood and sapwood regions, making justifiable the inclusion of the density uniformity index as a quality parameter for Eucalyptus wood.

Influence of nitrogen sources on the enzymatic activity and grown by Lentinula edodes in biomass Eucalyptus benthamii / Influência das fontes de nitrogênio na atividade enzimática e crescimento de Lentinula edodes na biomassa Eucalyptus benthamii

Abstract Lignocellulose is the most abundant environmental component and a renewable organic resource in soil. There are some filamentous fungi which developed the ability to break down and use cellulose, hemicellulose and lignin as an energy source. The objective of this research was to analyze the effect of three nitrogen resources (ammonium sulfate, saltpetre, soybean) in the holocellulolitic activity of Lentinula edodes EF 50 using as substrate sawdust E. benthamii. An experimental design mixture was applied with repetition in the central point consisting of seven treatments (T) of equal concentrations of nitrogen in ammonium sulfate, potassium nitrate and soybean. The enzymatic activity of avicelase, carboxymetilcellulase, β-glucosidase, xylanases and manganese peroxidase was determined. The humidity, pH, water activity (aw) and qualitative analysis of mycelial growth in 8 times of cultivation were evaluated. The results showed negative effect on enzyme production in treatments with maximum concentration of ammonium sulfate and potassium nitrate. The treatments with cooked soybean flour expressed higher enzymatic activities in times of 3, 6 and 9 days of culture, except in the activity of manganese peroxidase. The highest production was observed in the treatment with ammonium sulfate, and soybean (83.86 UI.L–1) at 20 days of cultivation.

Resumo Lignocelulose é o componente mais abundante do meio ambiente e recurso orgânico renovável no solo. Alguns fungos filamentosos têm desenvolvido a habilidade de degradar e utilizar celulose, hemicelulose e lignina como fonte de energia. O objetivo deste trabalho foi analisar o efeito de três fontes de nitrogênio (sulfato de amônio, nitrato de potássio e farelo de soja) na atividade enzimática de Lentinula edodes EF 50 utilizando como substrato serragem de E. benthamii. Foi aplicado um planejamento experimental de mistura com três repetições no ponto central constituído de sete tratamentos (T) de iguais concentrações em nitrogênio de sulfato de amônia, nitrato de potássio e farinha de soja cozida. Foram determinadas a atividade enzimática da avicelase, carboximetilcelulase, β-glicosidase, xilanases e manganês peroxidase. Foram avaliados o teor de umidade, pH, atividade de água (aw) e análise qualitativa do crescimento micelial em 8 tempos de cultivo. Os resultados mostraram efeito negativo na produção das enzimas nos tratamentos com máxima concentração de sulfato de amônia e nitrato de potássio. Os tratamentos com farinha de soja cozida expressaram maiores atividades enzimáticas, nos tempos de 3, 6 e 9 dias de cultivo exceto na atividade do manganês peroxidase. A maior produção foi observada no tratamento com sulfato de amônia e farinha de soja cozida (83.86 UI.L–1) em 20 dias de cultivo.

Densidade da madeira de árvores em savanas do norte da Amazônia brasileira / Wood density of trees in savannas of the northern Brazilian Amazon

Wood density (WD) is an important variable for estimating tree carbon stocks in terrestrial ecosystems. WD has been little studied in savanna areas in the Brazilian Amazon. The aim of this study was to investigate variation in WD in eight tree species that occur in the open savannas of Roraima, the largest savanna area in the northern Brazilian Amazon. Variations were observed in WD in relation to species and diameter along the vertical dimension of 75 individuals sampled at six study sites. We used the direct method to obtain wood pieces from the stem and crown. The results indicated significant interspecific differences. Roupala montana Aubl. was the species with highest WD (0.674 g cm-3). Significant variation in WD was found between the stem and the woody parts of the crown, irrespective of species or sampling site. The wood density of branchs with diameter between 5 and 10 cm can be used as a predictor of individual WD for the whole tree. We conclude that the WD of the eight tree species investigated has interspecific variability and that there is a discrepancy between the WD of stem and the woody parts of the crown. Distinctions detected here provide an important tool for improving tree carbon estimates in Amazonian savannas.

Densidade da madeira (DM) é uma variável importante para estimativas de estoques de carbono arbóreo em ecossistemas terrestres. Este tema é pobremente investigado em áreas de savana da Amazônia brasileira. O objetivo deste estudo foi investigar a DM das oito principais espécies arbóreas que ocorrem na savana aberta de Roraima, a maior área de savana do norte do bioma Amazônia. Foram verificadas as variações na DM em função da espécie e dos diferentes diâmetros observados ao longo da dimensão vertical de 75 indivíduos amostrados em seis sítios de coleta. Foi utilizado o método direto para obtenção de peças de madeira do fuste e da copa. Os resultados indicaram discrepância significativa interespecífica, sendo Roupala montana Aubl. a espécie de maior DM média (0,674 g cm-3). Foi detectado que existe variação significativa da DM entre as peças do fuste e da copa, independente da espécie e do sítio de coleta. A densidade da madeira de peças da copa com diâmetro entre 5 e 10 cm pode ser utilizada como preditora da DM média do indivíduo arbóreo. Nós concluimos que a DM das oito espécies arbóreas investigadas possui variabilidade interespecífica, com discrepâncias entre a DM do fuste e das partes lenhosas da copa. As distinções aqui detectadas devem ser considerados como uma importante ferramenta para melhorar as estimativas de estoque de carbono em áreas de savanas na Amazônia.

Caracterização e descrição da estrutura anatômica do lenho de seis espécies arbóreas com potencial medicinal / Characterization and description of wood anatomical structure in six tree species with medicinal potential

A caracterização morfoanatômica e a correta identificação das plantas medicinais são fundamentais para o controle de qualidade dos fitoterápicos. No presente trabalho é caracterizada a anatomia do lenho visando à identificação de seis espécies arbóreas com potencial medicinal. As amostras do lenho foram extraídas por método não destrutivo do tronco das árvores das espécies desenvolvidas em áreas de preservação. Em laboratório as amostras do lenho foram processadas para análises microscópicas do lenho, aplicando as metodologias para estudos de anatomia. Os resultados mostraram que o parênquima axial foi o parâmetro anatômico mais efetivo para a distinção das espécies através da análise do seu lenho. No trabalho discute-se a importância da aplicação da anatomia do lenho como ferramenta na identificação de espécies arbóreas medicinais.

The morphoanatomical characterization and the correct identification of medicinal plants are fundamental for the quality control of phytotherapics. In the present work, wood anatomy was characterized in order to identify six tree species with medicinal potential. Wood samples were collected through a non-destructive method from the trunk of trees developed in conservation areas. In the laboratory, wood samples were processed for microscopic analysis by applying the methods for anatomical studies. Axial parenchyma was the most effective anatomical parameter to distinguish species through wood analysis. In this work, the importance of wood anatomy as a tool for the identification of medicinal tree species was discussed.

Estimativa das propriedades de flexão estática de seis espécies de madeiras amazônicas por meio da técnica não-destrutiva de ondas de tensão / Predicting flexural properties of six Amazonian hardwoods using stress wave nondestructive method

A utilização de técnicas não-destrutivas (NDT) pode incrementar o nível de informação tecnológica sobre espécies de madeira conhecidas, bem como daquelas ainda não estudadas. A principal vantagem das técnicas NDT é que são rápidas e várias medidas podem ser feitas, melhorando assim o nível de confiança dos resultados. Nesse contexto, o trabalho objetivou avaliar a viabilidade de utilização da técnica de ondas de tensão na estimativa de propriedades de flexão de seis espécies de madeiras amazônicas. As espécies foram escolhidas com base na sua densidade: Balfourodendron riedelianum, Cedrela fissilis, Cordia goeldiana, Bowdichia virgilioides, Dipteryx odorata and Tabebuia sp. Foram obtidas vinte amostras por espécie nas dimensões segundo ASTM D143-94 para a determinação das propriedades de flexão, totalizando assim 120 amostras. Antes do ensaio destrutivo em flexão estática, as amostras foram avaliadas não-destrutivamente por meio da técnica de ondas de tensão para a determinação do módulo de elasticidade dinâmico e a velocidade de propagação das ondas tensão. De acordo com os resultados, os modelos de regressão foram altamente significativos para a predição das propriedades de flexão do conjunto de espécies. Dessa forma, pode-se concluir que o método é adequado para predizer as propriedades de flexão onde há variação, por exemplo, entre espécies. No entanto, quando a variabilidade é baixa, como dentro da espécie, os modelos apresentaram baixa previsibilidade.

The utilization of non-destructive testing (NDT) can augment the technological information about well-known wood species, as well as those which have not yet been investigated. The main advantage is that NDT methods are fast, and many measures can be undertaken to improve the confidence level of the evaluation. In this context, the paper aims to study the feasibility of the stress wave method to estimate flexural properties of six Brazilian tropical woods. The species were chosen according to density: Balfourodendron riedelianum, Cedrela fissilis, Cordia goeldiana, Bowdichia virgilioides, Dipteryx odorata and Tabebuia sp. Twenty samples from each species were cut and tested according to ASTM D143-94 (2000) to determine flexural properties, totaling 120 samples. Before mechanical testing, the samples were non-destructively tested by using the stress wave method, and their dynamic modulus of elasticity (Ed) and wave velocity (w v) were determined. Stepwise multiple linear regression analysis was run to select the best variables for estimating the flexural properties. According to the results, the models generated had higher values of R². Thus, it can be concluded that the stress wave method is suitable for predicting flexural properties where there is wood variability, for instance among species. On the other hand, when the variability is low, for instance within wood species, the models generated had low predictability.

A Comparison of Sap Flow Measurements and Potometry in Two Tropical Lowland Tree Species with Contrasting Wood Properties

We evaluated the performance of the Heat Dissipation Technique (HDT) to measure sap flow in whole trees by comparison with potometric water uptake. Two tropical lowland species, Ochroma lagopus (balsa), a pioneer species with light wood and Hyeronima alchorneoides (pilón), a late-successional species with hard wood were examined. Diurnal courses of sap flow measured with the HDT showed good agreement with potometry. At the low sap flow rates (below 1 Kg h-1) occurring during nocturnal recharge HDT consistently underestimated sap flow rates. This resulted in the failure of the current version of the HDT to measure nocturnal water uptake, an important component of the water budget of at least one of the two species examined.