Question

por quais motivos os colonizadores portugueses substituÍram a exploração do pau-brasil pelo cultivo de cana de açúcar

Answer 1

É porque no momento que os portugueses iniciaram a colonização do Brasil, eles precisavam efetivar algum tipo de produção, e já que tinham bastante experiência com cana, a trouxeram para cá. O açúcar era muito valorizado, servia até como dote de princesas. 
Também pode se dizer que uma hora apenas o escambo não daria conta da quantidade de índio que tinha aqui. É preciso variar a economia.