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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO
(PPGAD)
ANÁLISE DA FRAGMENTAÇÃO FLORESTAL DA BACIA
HIDROGRÁFICA DO RIO FORQUETA ENTRE OS ANOS DE 1989 E
2008 E SIMULAÇÃO DINÂMICA DA PAISAGEM PARA 2018.
Alexandre Ducatti
Lajeado, julho de 2010
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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
MESTRADO EM AMBIENTE E DESENVOLVIMENTO
ANÁLISE DA FRAGMENTAÇÃO FLORESTAL DA BACIA
HIDROGRÁFICA DO RIO FORQUETA ENTRE OS ANOS DE 1989 E
2008 E SIMULAÇÃO DINÂMICA DA PAISAGEM PARA 2018.
Alexandre Ducatti
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação como requisito parcial
para a obtenção do título de Mestre em
Ambiente e Desenvolvimento.
Área de concentração: Ecologia
Orientador: Dr. Eduardo Périco
Co-Orientador: Dr. Claus Haetinger
Lajeado, julho de 2010
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Dedicatória
DedicatóriaDedicatória
Dedicatória
Ao meu pai e a minha mãe pelo constante incentivo aos meus aprimoramentos.
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS .................................................................................................. v
LISTA DE TABELAS ................................................................................................. vı
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................ vɪɪɪ
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ..................................................................... x
GLOSSÁRIO ............................................................................................................. xıı
RESUMO.................................................................................................................. xvı
ABSTRACT ............................................................................................................. xvıı
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1
2. REFERENCIAL TEÓRICO ...................................................................................... 3
2.1 Ecologia de Paisagem ...................................................................................... 3
2.2 Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento ............................................... 10
2.3 Métricas da paisagem ...................................................................................... 12
2.4 Modelagem dinâmica ....................................................................................... 13
2.5 A Bacia Hidrográfica do Rio Forqueta .............................................................. 16
2.5.1. Indicadores demográficos e econômicos .................................................. 19
3. MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................................... 20
3.1 Imagens de satélite ............................................................................................. 20
3.1.1 Pré-Processamento das Imagens de Satélite ............................................... 20
3.2 Mapeamento das Áreas Florestais ...................................................................... 22
3.3 Mapeamento das Áreas Não Florestais ........................................................... 22
3.4 Modelagem Dinâmica Espacial ........................................................................ 20
3.4.1. Variáveis ................................................................................................... 21
3.4.2 Implementação do Modelo Dinâmico Espacial .......................................... 21
3.4.3 Operação do Modelo ................................................................................. 25
3.4.4 Validação dos Resultados ......................................................................... 25
3.4.5 Projeção de Cenários ................................................................................ 26
3.5. Análise da Fragmentação Florestal ................................................................. 27
3.5.1 Métricas de Paisagem ............................................................................... 30
4. RESULTADOS ..................................................................................................... 32
4.1 Situação das áreas florestais na Bacia Hidrográfica do rio Forqueta em 1989 e
2008 ................................................................................................................ 32
4.2 Simulação da Dinâmica da Paisagem entre 1989 e 2008 ................................ 34
4.3 Simulação da Paisagem para 2018 ................................................................. 39
4.4 Análise da fragmentação Florestal .................................................................. 41
4.4.1. Métricas para a classe Área Florestada .................................................... 41
4.4.2 Métricas dos Fragmentos .......................................................................... 41
4.4.3 Tamanho dos Fragmentos. ........................................................................ 45
4.4.4 Métricas das áreas centrais dos fragmentos ............................................. 50
5. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES ............................................................................ 50
5.1 Fragmentação florestal em 1989 ...................................................................... 50
5.2 Fragmentação florestal em 2008 ...................................................................... 51
5.3 Fragmentação Florestal em 2018 .................................................................... 52
6. REFERÊNCIAS BIBLIORGRÁFICAS ................................................................... 55
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Doutor Eduardo Périco pela orientação, confiança e que com
muita paciência, não mediu esforços para a conclusão desse trabalho.
Ao Professor Claus Haetinger pelo apoio e orientação.
Ao Professor Mestre Rafael Rodrigo Eckhardt que, com muita disposição, me
introduziu na modelagem dinâmica espacial.
A Professora Mestre Gisele Cemin pelas inúmeras vezes que me auxiliou nos
cálculos das métricas de paisagem.
A Úrsula Arend pelas ajudas em geral e sugestões na confecção dos mapas.
Ao Programa de Pós Graduação em Ambiente e Desenvolvimento da
UNIVATES pela Bolsa de Apoio Técnico.
Aos colégios Cenecista São Roque e Sagrado Coração de Jesus pela
compreensão de minha ausência em diversas de suas atividades.
A amiga e Professora Especialista Gerusa Bondan pelo carinho e iniciativa
em realizar a correção ortográfica da dissertação.
A amiga e Professora Especialista Marlisete Alessi pela Luz.
Em especial a minha família, pelas privações, suporte e incentivo que
demonstraram, ao longo desses dois anos, para que esse trabalho fosse concluído.
A Deus, que me oportunizou mais esse avanço na minha jornada.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Relação das imagens de satélite utilizadas para análise da bacia
hdrográfica do rio Forqueta .......................................................................... 18
Tabela 2 - Cartas planialtimétricas utilizadas no Georreferenciamento. ................... 19
Tabela 3 - Matriz de transição Global de 1989 a 2008 entre as área florestadas e
não florestadas na bacia hidrográfica do rio Forqueta, RS. ......................... 22
Tabela 4 - Matriz de transição anual decomposta de 1989 a 2008 entre as áreas
florestadas e não florestadas na bacia hidrográfica do rio Forqueta, RS. .... 22
Tabela 5. Valores das funções de transição para a simulação (Sim) 1, 2 e 3.......... 24
Tabela 6 - Índices de similaridade Ajuste por Múltiplas Resoluções (F) e Medida de
Similaridade Fuzzy Modificado (S) para a simulação 3. ............................... 26
Tabela 7 - Propriedades de Classe para os mapas de uso e cobertura da terra de
1989, 2008 e 2018 para a bacia hidrográfica do rio Forqueta. ..................... 27
Tabela 8 - Área total de floresta e áreas não florestadas. ........................................ 33
Tabela 9 - Índices de similaridade para mapas do uso e ocupação da terra real em
2008 e uso simulado em 2008. .................................................................... 35
Tabela 10 - Pesos de Evidências para a Variável Declividade. ................................ 35
Tabela 11 - Pesos de Evidências para a Variável Distância de áreas florestadas no
cenário inicial (1989). ................................................................................... 36
Tabela 12 - Diferenças entre o mapa e uso da cobertura da terra de 2008 (real) e
2008 (simulação). ......................................................................................... 36
Tabela 13 - Valores das funções de transição para a simulação da paisagem em
2018 ............................................................................................................. 39
Tabela 14 -. Valores relativos à métrica Área da classe Área Florestada. ................ 41
Tabela 15 - Métricas dos fragmentos de mata nos anos de 1989, 2008 e 2018. Para
a Distância média entre os fragmentos e Forma dos fragmentos é indicado o
desvio padrão (±DP). ................................................................................... 42
Tabela 16 - Valores relativos a forma dos fragmentos florestais. ............................. 45
Tabela 17 - Valores relativos ao tamanho dos fragmentos florestais. ....................... 46
Tabela 18 - Percentual de fragmentos em relação a área da bacia. ......................... 47
Tabela 19 - Valores relativos a Densidade e a Área Média dos fragmentos. ........... 47
Tabela 20 - Valores relativos as áreas centrais dos fragmentos............................... 48
Tabela 21 - Relação da quantidade de fragmentos e área central ........................... 49
vɪɪ
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Efeito da relação borda/interior em diversas características ecológicas. ... 6
Figura 2 - Relação entre as áreas interiores e as margens de acordo com diferentes
forma e tamanhos de fragmentos. ................................................................ 7
Figura 3 - Fragmentos Florestais (cinza claro) e rios (cinza escuro) inseridos em
matriz (branco) na bacia hidrográfica do rio Forqueta. ................................. 9
Figura 4 - Etapas envolvidas na obtenção de dados por Sensoriamento Remoto. .. 11
Figura 5 - Localização da Bacia Hidrográfica do Rio Forqueta, RS. ......................... 16
Figura 6 - Uso e ocupação da terra da bacia hidrográfica do rio Forqueta em 2007.
................................................................................................................... 18
Figura 7 - Mapa do uso e cobertura da terra da Bacia hidrográfica do Rio Forqueta
nos anos de 1989 e 2008. .......................................................................... 32
Figura 8 - Regeneração florestal entre 1989 e 2008. ............................................... 33
Figura 9 - Uso e ocupação da terra em 2008, real e simulado, da bacia hidrográfica
do rio Forqueta. .......................................................................................... 34
Figura 10 - Áreas que permaneceram não florestadas (a) e áreas que
permaneceram florestadas (b) entre o ano de 2008 e a simulação de 2008.
................................................................................................................... 37
Figura 11 - Áreas que o modelo dinâmico não simulou a transição - Erros por
omissão (a) e áreas que o modelo errou por exagero de simulação - Erros
por comissão (b) entre o ano de 2008 e a simulação de 2008. .................. 38
Figura 12 - Configuração da Paisagem a cada passo de tempo gerado pelo modelo
dinâmico na bacia hidrográfica do rio Forqueta. ......................................... 40
Figura 13 - Fusão de fragmentos florestais entre os anos de 1989 e 2008, na bacia
hidrográfica do rio Forqueta. ..................................................................... 42
Figura 14 – Fusão de fragmentos para cenário simulado para 2018, na bacia
hidrográfica do rio Forqueta. ..................................................................... 43
Figura 15 - União de fragmentos florestais, na bacia hidrográfica do rio Forqueta. . 53
ɪx
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
A - área total da paisagem (m
2
).
a
ij
- área do fragmento
ij
.
a
ij
c
- área central do fragmento (m
2
) baseada na metragem da borda (m)
AREA_MN – Área média, sendo igual à soma de todas as áreas, dividida pelo
número de fragmentos.
ASCII – Código Padrão Americano para o Intercâmbio de Informação (American
Standard Code for Information Interchange)
CORE -
Área Central do fragmento considerando a profundidade da área de borda
(Core area)
CPLAND - Percentual de área central na paisagem (
Core Area Percentage of
Landscape)
DP –
Desvio Padrão é a raiz da média dos quadrados dos desvios em relação à
mediado
conjunto. Medida do desvio dos valores individuais em relação ao valor
central do conjunto de dados ou a raiz quadrada da variância (Diniz, 2000).
DSG - Diretoria do Serviço Geográfico do Exército
ENN_MN - Distância média euclidiana entre fragmentos vizinhos (Euclidean
Nearest-Neighbor Distance)
h
ij
-D
istância (m) do fragmento ij para um vizinho mais próximo da mesma classe
com base na menor distância de borda a borda
LPI – Índice do maior fragment (Largest Patch Indic).
min P
IJ
= perímetro mínimo do fragmento ij em termos de número de superfícies
celulares (pixel).
n
i
-Número de fragmentos da classe na paisagem.
NP - Número de Fragmentos (Number of patches) .
PD - Densidade de fragmentos (Patch density).
p
IJ
= perímetro do fragmento ij em termos de número de superfícies celulares (pixel).
SHAPE – Índice da forma do fragmento (Shape Index).
SHPAE_MN – média do índice da forma do fragmento
SIG – Sistema de Informação Geográfica
TCA – Área central total (Total Core Area)
xɪ
GLOSSÁRIO
Agroflorestais - Povoamentos permanentes, de aspecto florestal, biodiversificados,
manejados pelo homem de forma sustentada e intensiva, constituídas de
espécies perenes (madeiráveis, frutíferas, condimentares, medicinais etc.),
para gerar um conjunto de produtos úteis para fins de subsistência e/ou
comercialização (IBGE, 2004).
Agropastoris - agropecuário
Ajuste por Múltiplas Resoluções (F) - teste estatístico de validação espacial para
modelos de dinâmicas de uso que pode ser aplicado a uma variedade de
resoluções espaciais através da mudança de tamanho de uma janela de
amostragem. Esta janela de amostragem varre as imagens analisadas e o
ajuste médio entre as duas cenas (real e simulada) para um tamanho de
janela em particular é calculado. Índices de similaridade F aceitáveis
apresentam valor acima de 0,8 (ALMEIDA, 2004).
Análise Heurística – análise visual
ASCII – Formato de arquivo com valores de atributos (chamado de arquivo de
valores) que liste os novos atributos para valores de dados pré-existentes
(EASTMAN, 2006).
ASSIGN – Função para reclassificar ou atribuir novos valores aos dados de uma
determinada imagem (EASTMAN, 2006).
Bioma - Conjunto de vida (vegetal e animal) definida pelo agrupamento de tipos de
vegetação contíguos e identificáveis em escala regional, com condições
geoclimáticas similares e história compartilhada de mudanças, resultando em
uma diversidade biológica própria (IBGE, 2004).
Cartas planialtimétricas – mapas com a medição de distâncias e ângulos
horizontais e verticais simultaneamente (tamanho e forma com relevo).
Chi-Quadrado (x
2
) – teste estatístico que avalia se as frequências obtidas
empiricamente diferem significativamente daquelas esperadas em suposições
teóricas. Testa a relação entre duas variáveis nominais com base em uma
tabela de contigências. (DINIZ, 2000).
Coeficiente Cramers (V) – Medida de grau de associação entre variáveis nominais,
configurando-se como um coeficiente de correlação que oscila entre 0,
indicando ausência de correlação, e 1 indicando um correlação perfeita
(DINIZ, 2000).
Correção Radiométrica - Termo genérico, que designa as técnicas que modificam
os números digitais (ND) originais, para torná-los mais próximos dos valores
que deveriam estar presentes na imagem. Esta correção engloba as
distorções provocadas pela atmosfera e os problemas derivados do mau
funcionamento dos sensores (RICHARDS, 1993).
Crosstab - Cruzamento de imagens no software IDRISI ANDES 15 na qual as
categorias de uma imagem são comparadas às categorias de uma segunda
imagem em forma de tabela (DINIZ, 2000).
Determinístico – Referente ao resultado de um processo que não está sujeito à
variação estocástica – aleatória (RICKLEFS, 1996).
Erro médio quadrático - raiz quadrada da média dos quadrados dos erros
verdadeiros (PESTANA, 2002).
Estocásticos – Referente aos padrões resultantes de efeitos aleatórios –
randômicos (RICKLEFS, 1996).
xıɪɪ
Expander - Processo do softwtare DINAMICA que modela a regeneração florestal
por expansão de fragmentos já existentes.
Floresta Estacional Decidual - tipo de vegetação é caracterizado por duas
estações climáticas bem demarcadas (IBGE, 2006).
Floresta Ombrófila Mista - caracterizada por apresentar o estrato superior
dominado pela Araucária angustifolia, que dá a paisagem uma fisionomia
própria. O estrato inferior é constituído por árvores mais baixas ou arbustos
arborescentes (IBGE, 2006).
Fluxos biológicos – Movimento (de energia ou matéria) e intercâmbio de atributos
genéticos entre populações por movimentos de indivíduos, gametas ou
esporos (RICKLEFS, 1996).
Georreferenciamento - Dados espaciais em que a dimensão espacial está
associada à sua localização na superfície da terra, num determinado instante
ou período de tempo (CÂMARA, et al. 1996)
Índice Kappa – Permite confirmar a relação entre duas variáveis categóricas que
possuem classes similares, variando de 0 a 1 com interpretação similar à de
Cramer (DINIZ, 2000).
Máxima Verossimilhança Gaussiana – método utilizado em sensoriamento remoto
dentro da abordagem estatística que considera a ponderação das distâncias
entre médias dos níveis digitais das classes, utilizando parâmetros
estatísticos. A distribuição de valores de reflectância em uma área de
treinamento é descrita por uma função de densidade de probabilidade,
desenvolvida com base na estatística Bayesana. Este classificador avalia a
probabilidade de um determinado pixel pertencer a uma categoria a qual ele
tem maior probabilidade de associação (INPE, 2002)
Multilayer ou cubo de dados – Arquivo do Er mapper 7.1 que une congrega as
variáveis que serão simuladas no modelo dinâmico.
xɪv
Normalização radiométrica – procedimento utilizado para amenizar as distorções
radiométricas das imagens temporais, inclusive as causadas pelas
atenuações atmosféricas, garantindo a compatibilidade radiométrica entre as
imagens (ROSATTI et al., 2006).
Patcher - Processo do softwtare DINAMICA que modela a regeneração florestal por
formação de novos fragmentos (anucleação).
Pixel – Célula de uma matriz que compõem a representação dos dados em um
sistema de informação geográfica (BOTELHO, 1995)
Riqueza (de espécies) – uma simples contagem do número de espécies
(RICKLEFS, 1996).
Resolução espacial – aproximadamente igual ao tamanho do pixel x 2,5
(MAILLARD, 2000).
Sensoriamento Remoto Orbital - técnica para obter informações sobre objetos
através de dados coletados por instrumentos que não estejam em contato
físico como os objetos investigados (AVERY; BERLIN, 1992).
Campo - Terras planas ou quase planas, em regiões temperadas, tropicais ou
subtropicais, de clima semi-árido ou subúmido, cobertas de vegetação em
que predominam as gramíneas, às vezes com a presença de arbustos e de
espécies arbóreas esparsas, habitadas por animais corredores e pássaros de
visão apurada e coloração protetora (IBGE, 2004).
xv
RESUMO
A agricultura, pastagem e a expansão dos centros urbanos propiciam o
aparecimento de paisagens florestais fragmentadas. Essas ilhas de vegetação
florestal sofrem alterações nas suas características ecológicas devido a mudança
dos fatores abióticos alterando os habitats locais. O trabalho visou analisar o
processo de evolução das áreas florestadas da Bacia Hidrográfica do rio Forqueta,
RS, entre os anos de 1989 e 2008, com a finalidade de reconhecer que modelo
dinâmico se operou nesse intervalo de tempo, para posteriormente produzir um
cenário probabilístico da paisagem no ano de 2018. Após a criação de mapas de
uso e cobertura da terra para as áreas florestadas dos três anos, realizou-se o
cálculo de métricas da paisagem. Os Resultados mostraram a regeneração da
floresta em 79,9% entre 1989 e 2008. Nesse processo de incremento florestal,
observou-se a diminuição do número de fragmentos florestais em 31,1% e um
aumento de 120% nas áreas centrais dos fragmentos. Os fragmentos que
contribuíram significativamente para esse aumento foram os que possuem área
central com menos de 1 ha e de 1 a 10 ha.. A simulação da paisagem para o ano de
2018 demonstra um aumento de 19,31% de floresta a partir de 2008. O número de
fragmentos florestais diminui 69,4% e a quantidade de áreas centrais sofre um
incremento de 19,53% sendo os fragmentos com área variando de 1 a 10ha. Dessa
forma verifica-se que a reorganização das áreas florestadas na bacia está ocorrendo
a partir de pequenos fragmentos, provavelmente devido a regeneração de áreas de
lavoura ou de pastagem.
Palavras-chaves: Paisagem, Fragmentação Florestal, Modelagem Dinâmica.
xvɪ
ABSTRACT
Agriculture, grazing and the expansion of urban centers provide the
appearance of fragmented forest landscapes. These islands of forest vegetation are
altered in their ecological characteristics due to change of abiotic factors altering
local habitats. The study aimed to analyze the process of development of forested
areas of the Fork River Basin, Brazil, between 1989 and 2008 with the purpose of
recognizing the dynamic model that has operated in the interval, later to produce a
scenario of probabilistic landscape in 2018. After the creation of maps of land cover
and use forested areas for the three years, held the calculation of landscape metrics.
The results showed the regeneration of the forest in 79.9% between 1989 and 2008.
In this process of growth forest, there was a decrease in the number of forest
fragments in 31.1% and an increase of 120% in the central areas of the fragments.
The fragments that have contributed significantly to this increase were those with
central area of less than 1 ha and 1-10 ha .. The simulation of the landscape for the
year 2018 shows an increase of 19.31% of forest from 2008. The number of forest
fragments decreased 69.4% and the number of core areas suffer an increase of
19.53% and the fragments with an area ranging from 1 to 10ha. Thus it appears that
the reorganization of forested areas in the basin is going from small fragments,
probably due to regeneration of areas of tillage or pasture.
Keywords: Landscape, Forest Fragmentation, Dynamic Modeling.
xvɪɪ
1. INTRODUÇÃO
O crescente aumento populacional e a necessidade de novas áreas
agriculturáveis, assim como de pastagem, são os responsáveis pelo
desaparecimento de grandes áreas florestais pelo mundo. O que se percebe é uma
paisagem em forma de mosaico composta de aglomerados urbanos, terras
cultivadas e fragmentos florestais.
No Rio Grande do Sul esse processo também ocorreu uma vez que, até 1983,
segundo estudo realizado pela FATEC – Fundação de Apoio à Tecnologia e à
Ciência, da UFSM, e citado por Caporal (2008), o desmatamento contabilizava uma
redução da cobertura florestal nativa, a qual passava dos 40% originais para apenas
5,62%.
Atualmente esse cenário apresenta-se diferente. Os dados do Inventário
Florestal Contínuo (UFSM/SEMA-RS, 2001) apontam que a área do estado coberta
por florestas naturais aumentou, passando para 17,53% em 2000. A área atual é
composta por 13,5% de florestas nativas em estágios médio e avançado e 4,03%
em estágios iniciais de sucessão.
Apesar desse incremento no percentual da cobertura vegetal, o estado se
apresenta ainda muito fragmentado. A paisagem natural da Bacia Hidrográfica do
Rio Forqueta foi fragmentada principalmente para o cultivo de erva mate, fumo e
pastagem (PÉRICO; CEMIN 2006).
A substituição das áreas florestais pelas atividades rurais e pela expansão
dos centros urbanos favoreceu, na bacia em estudo, a formação de inúmeros
fragmentos florestais sobre os tipos vegetacionais (campos, formação pioneira,
Floresta Ombrófila Mista, Floresta Estacional Decidual) típicos da Mata Atlântica.
Esse Bioma é detentor de grande biodiversidade e também de endemismos, como é
o caso de Melanophryniscus admirabilis, anuro encontrado em estreita margem do
rio Forqueta no município de Arvorezinha (DI-BERNARDO; MANEYRO; GRILLO,
2006).
Considerando a complexidade hidrográfica do Vale do Taquari, onde está
inserida a Bacia do Rio Forqueta, e a forte influência antrópica, o estudo dos
mecanismos de alteração da paisagem natural e evolução da sua heterogeneidade
podem contribuir para programas de políticas públicas que visam o planejamento
ambiental da área.
Nesse sentido, realizou-se o presente trabalho com o objetivo geral de
verificar e analisar a fragmentação florestal da paisagem da Bacia Hidrográfica do rio
Forqueta nos anos de 1989 e 2008 e produzir um cenário probabilístico da paisagem
no ano de 2018.
Os Objetivos específicos foram:
a) Caracterizar e quantificar as mudanças nas áreas florestadas e não
florestadas da bacia hidrográfica do rio Forqueta nos anos de 1989, 2008 e 2018.
b) Gerar através de modelagem dinâmica simulação futura sobre a evolução
da paisagem.
c) Analisar qualitativamente a paisagem da bacia nos anos de 1989 e 2008 e
prever um cenário para 2018.
d) Contribuir com informações para subsidiar estratégias de conservação e
manejo para a área estudada
2
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Ecologia de Paisagem
A primeira definição de paisagem natural foi sugerida por Alexander Von
Humbolt, considerado como o grande pioneiro da Geografia Física e Geobotânica,
que a definiu como o caráter total de uma área geográfica, ou seja, as inter-relações
entre os fatores bióticos e abióticos de uma área, porém não incluindo os aspectos
humanos (NAVEH; LIEBERMAN, 1990).
Com estudos posteriores de vários autores, percebe-se que outros elementos
estão presentes e interferindo na constituição da paisagem. Assim sendo, ela
poderia ser definida como uma entidade espacial total e visual (TROLL, 1971) com
interações entre os processos bióticos e abióticos (VINK, 1983) e as atividades
antrópicas formando um conjunto único e indissociável em perpétua evolução
(BERTRAND, 1968).
O estudo da paisagem, portanto, não se concentra apenas nos fatores
biológicos e físicos de um ambiente, mas também nos processos culturais, sócio-
econômicos e históricos da presença humana em determinada área que se encontra
vinculada aos diversos usos da terra (SOARES FILHO, 1998).
Metzger (2001) propõe uma visão mais integradora da paisagem definindo-a
como um mosaico heterogêneo formado por um conjunto de unidades que
interagem entre si em uma determinada escala de observação. Esse mosaico é
essencialmente visto pelos olhos do homem, na abordagem geográfica, e pelo olhar
das espécies ou comunidades estudadas na abordagem ecológica (VIDOLIN, 2008).
A paisagem é constituída, conforme Forman e Godron (1986), como um
mosaico heterogêneo composto de relevos e de diferentes tipos de vegetação e
formatos de ocupação, apresentando três características básicas: (a) estrutura e
forma – que se referem às relações espaciais entre ecossistemas e elementos
distintos tais como, a distribuição de energia, distribuição de espécies, em relação a
tamanhos, formas e configurações dos ecossistemas. (b) função e processo - que se
destinam às interações existentes entre os elementos espaciais, como os fluxos de
energia e das espécies; e (c) mudança - que se refere à alteração na estrutura e na
função do mosaico ecológico ao longo do tempo. Dessa forma, os autores definem a
Ecologia da Paisagem como o estudo da estrutura, função e mudança de uma
região heterogênea composta de ecossistemas em interação.
Essa heterogeneidade é caracterizada pela variedade de elementos da
paisagem que Soares-Filho (1998) define como sendo áreas com diferentes usos e
cobertura da terra tais como lavouras, cidades, banhados, florestas, campos entre
outros.
Nesse processo de transformação da terra para uso humano, os
ecossistemas nativos foram modificados, comprometendo a integridade dos
processos ecológicos através da fragmentação de grandes áreas verdes, a
substituição de espécies nativas por exóticas, erosão da terra e perda da qualidade
da água (FORMAN; COLLINGE, 1996)
A fragmentação florestal apresenta um caráter negativo, visto que altera as
condições ambientais favoráveis às espécies, diminuindo a área de vida,
favorecendo o endocruzamento e consequentemente a extinção de populações
locais (PÉRICO et al. 2005).
Saunders et al. (1991) afirmam que a fragmentação de habitats pode ser
entendida como um processo de transformação de uma matriz de vegetação natural
em áreas menores, isoladas entre elas por ambientes diferentes do original. Kramer
(1997) cita que a fragmentação resulta, geralmente, em remanescentes florestais
imersos em matriz de agricultura, vegetação secundária, solo degradado ou área
urbanizada.
4
Esses fragmentos possuem suas margens expostas a intensidades de fatores
abióticos que antes não se encontravam naquele lugar como, por exemplo, umidade,
aumento da luminosidade, da temperatura e do vento, sendo que algumas destas
condições alteradas podem ser fatais a algumas espécies ou favorecer a
implantação de outras, principalmente oportunistas, que não ocupavam aquela área
e assim acabam competindo com as espécies originais por fatores ambientais.
Os efeitos de borda geram alterações na abundância relativa e composição
de espécies de plantas, em grande parte devido ao aumento no recrutamento e
densidade de espécies arbóreas pioneiras (WILLIAMS-LINERA, 1990; LAURANCE
et al. 1998; SIZER; TANNER, 1999), aumento na densidade de cipós adaptados a
áreas degradados (LAURANCE et al., 2001) e o decréscimo na densidade de
plântulas de espécies tardias (BENITEZ-MALVIDO, 1998).
Segundo Dias et al., (2000), o efeito de borda proporciona, também, o
estabelecimento de espécies generalistas que migram para as bordas e por
possuírem excelente habilidade de dispersão, acabam por penetrar nas áreas
centrais dos fragmentos.
A potencialização da invasão dos fragmentos florestais pela flora e fauna,
favorecido pelo efeito de borda, é um problema grave causado pela fragmentação,
visto que algumas espécies se estabelecem no ambiente alterado, representando
séria ameaça à biodiversidade (ALMEIDA, 2008)
Cunha et al., (2005) analisaram a fertilidade do solo de sete fragmentos
florestais da região de Londrina- PR, em diferentes distâncias da borda florestal em
direção ao interior da floresta (0, 35 e 70m) e verificaram semelhança na química do
solo em 0 e a 35m de distância da borda, o que não ocorreu em 70 m, indicando que
o efeito de borda ainda é evidenciado em 35m de distância da borda florestal.
A influência da borda também pôde ser observada na avifauna, pois aves
adaptadas a ambientes mais abertos do que uma floresta utilizaram a borda dos
fragmentos por possuírem alta habilidade de dispersão e serem generalistas em
relação à alimentação e à utilização do habitat. Entretanto, em pequenos fragmentos
florestais com pequena área de interior em relação à borda, essas aves podem
ocupar todo o fragmento e dessa forma, competiram com as que vivem no interior
5
das florestas, normalmente com baixo potencial de dispersão e bastante
especializadas (GOOSEM, 1997; LOVEJOY et al., 1986)
Soares Filho (1998) afirma que o tamanho de uma mancha (ou fragmento) é
muito relevante, pois a capacidade de conter espécies no seu interior, quantidade de
energia armazenada e até mesmo a distribuição da riqueza de espécies presentes
na paisagem, dependem da área de borda em relação à área de interior, visto que
fragmentos menores são compostos quase que exclusivamente por espécies de
borda (Figura 1).
Pardini et al. (2005) verificaram a abundância e a diversidade de pequenos
mamíferos em remanescentes florestais de Mata Atlântica e os resultados
mostraram que os dois índices apresentaram-se mais baixos em pequenos e médios
fragmentos do que em grandes fragmentos e na floresta contínua.
Menor Comprimento da borda e interação com a matriz maior
Menor Probabilidade de barreiras dentro da mancha maior
Menor Probabilidade de diversidade de habitat maior
Menor Função de corredor ecológico maior
Maior Diversidade de espécies dentro do mesmo habitat menor
Maior Eficiência de alimentação de animais menor
Figura 1. Efeito da relação borda/interior em diversas características ecológicas.
Fonte: Modificado de Forman e Godron (1986).
Alta razão Interior / Margem
Alta
razão
Margem / Interior
6
Para Forman e Godron (1986) os pequenos fragmentos também são
importantes para a paisagem podendo funcionar como elementos de ligação,
trampolins ecológicos entre grandes áreas, e desta forma promovendo um aumento
no nível de heterogeneidade da matriz, atuando também como refúgio para espécies
que requerem ambientes particulares que só ocorrem nessas áreas.
Conforme Bender et al., (1998), em situações nas quais a fragmentação cria
um grande número de fragmentos a partir de um sistema contínuo, as espécies que
ocupam o interior do fragmento deverão sofrer um declínio em suas populações,
pois estarão atuando em conjunto os efeitos do tamanho do fragmento e da perda
de habitat. A medida que o fragmento diminui continuamente de tamanho pode
ocorrer a situação em que todo o fragmento seja constituído por habitats com
características de borda.
A forma de um fragmento tem muita significância na distribuição da borda
que apresenta, pois manchas na forma de círculos ou quadrados contêm mais áreas
interiores do que borda. Em contrapartida, um fragmento na forma de um retângulo,
com mesma área, tem proporcionalmente maior relação borda/interior e, finalmente,
um fragmento estreito, também de mesma área, pode ser composto inteiramente
pela sua borda como pode ser observado na Figura 2 (SOARES FILHO, 1998).
Os corredores são pequenas faixas estreitas de terra que diferem da matriz
em ambos os lados, isolados em faixas ou ligados a outros fragmentos (FORMAN;
GODRON, 1986). Um corredor sempre liga uma ou mais manchas ou fragmentos de
Tamanho
Pequeno Médio Grande
Forma
Isodiamétrico
Alongado
Alongado e estreito
Figura 2. Relação entre as áreas interiores e as margens de acordo com
diferentes forma e tamanhos de fragmentos.
Fonte: modificado de Forman e Godron, (1986)
7
igual composição. Plantas e animais se movem facilmente através de um corredor,
mas a grande variabilidade de espécies encontra-se no interior dos corredores
(SCARPATO, 2008). Algumas espécies podem utilizar o corredor como habitat e
menos frequentemente como curso, conforme demonstrou trabalho realizado por
TIGAS (2002) com Linces e Chacais em Los Angeles.
Para Rantalainen et al., (2004) os corredores ecológicos atenuam os efeitos
negativos da fragmentação em populações ou em comunidades realçando a
dispersão dos organismos entre os fragmentos do habitat.
Um estudo realizado por Šálek et al., (2009) com diversas espécies de
mamíferos carnívoros que habitam áreas vizinhas a áreas agriculturáveis
demonstrou que armadilhas de exalavam cheiro de urina de coelho possuiam mais
probabilidade de serem visitadas nas estações preparadas em corredores
ecológicos do que na matriz. Além disso, os mesmos autores verificaram que a
cobertura arbórea e a largura do corredor não influenciaram no seu uso pela fauna.
Sendo assim, a matriz é o elemento da paisagem mais conectado e extenso
que circunda os fragmentos existentes e se caracteriza, estruturalmente e pela sua
composição de forma específica e diferente dos fragmentos nela inseridos (Figura 3)
A matriz possui grande importância no funcionamento e sobrevivência do sistema,
pois os fluxos de espécies, energia e matéria entre a matriz e seus elementos são
dependentes de sua estrutura e composição (BARROS, 2006).
Andreassen et al. (1996) afirma que a matriz de uso agrícola ou urbano
resulta no isolamento geográfico de habitats impedindo a mobilidade de certos
organismos e desta forma, isolando pequenas populações, favorecendo a
consanguinidade. Além disso, populações pequenas são mais sensíveis aos eventos
estocásticos, como incêndios ou surtos epidêmicos que poderia conduzir a
população local à extinção.
8
Figura 3 -
Fragmentos Florestais (cinza
(cinza escur
hidrográfica do rio Forqueta
A composição da matriz pode influenciar não somente entre, mas também a
distribuição da fauna dentro dos fragmentos. As taxas de ocupação e densidades
elevadas nos fragmentos podem ser promovidas por uma
conectividade através da recol
emigração e fazer com que os organismos se agreguem perto da
CRONIN, 2003).
Na ecologia de paisagem, a qualidade da matriz é um fator importante na
análise do padrão da paisagem. Em modelos de
populações inclui implicitamente a qualidade da matriz e as suas implicações para a
dinâmica da população no sistema (
De Paula (2006) cita que a matriz inter
deslocamentos dos organismos, sendo que a sua ação é mais ou menos intensa em
função de sua permeabilidade que pode ser estimada, segundo Metzger (1999) pela
densidade de pontos de ligação
matriz, e
pela alta similaridade com o
Li (2000) cita que a ecologia da paisagem é um modo de pensar sobre a
evolução e a dinâmica de paisagens heterogêneas sendo vista igualmente como
Fragmentos Florestais (cinza
claro) e rios
(cinza escur
o) inseridos em matriz (branco) na bacia
hidrográfica do rio Forqueta
.
A composição da matriz pode influenciar não somente entre, mas também a
distribuição da fauna dentro dos fragmentos. As taxas de ocupação e densidades
elevadas nos fragmentos podem ser promovidas por uma
matriz que favorece a
conectividade através da recol
onização. Alguns tipos da matriz podem inibir a
emigração e fazer com que os organismos se agreguem perto da
borda (HAYNES;
Na ecologia de paisagem, a qualidade da matriz é um fator importante na
análise do padrão da paisagem. Em modelos de
populações, a distância entre duas
populações inclui implicitamente a qualidade da matriz e as suas implicações para a
dinâmica da população no sistema (
REUNANEN, 2001).
De Paula (2006) cita que a matriz inter
-
habitat inibe, em geral, os
deslocamentos dos organismos, sendo que a sua ação é mais ou menos intensa em
função de sua permeabilidade que pode ser estimada, segundo Metzger (1999) pela
densidade de pontos de ligação
, ou seja; pequenas áreas de habitat dispersas na
pela alta similaridade com o
habitat.
Li (2000) cita que a ecologia da paisagem é um modo de pensar sobre a
evolução e a dinâmica de paisagens heterogêneas sendo vista igualmente como
A composição da matriz pode influenciar não somente entre, mas também a
distribuição da fauna dentro dos fragmentos. As taxas de ocupação e densidades
matriz que favorece a
onização. Alguns tipos da matriz podem inibir a
borda (HAYNES;
Na ecologia de paisagem, a qualidade da matriz é um fator importante na
populações, a distância entre duas
populações inclui implicitamente a qualidade da matriz e as suas implicações para a
habitat inibe, em geral, os
deslocamentos dos organismos, sendo que a sua ação é mais ou menos intensa em
função de sua permeabilidade que pode ser estimada, segundo Metzger (1999) pela
, ou seja; pequenas áreas de habitat dispersas na
Li (2000) cita que a ecologia da paisagem é um modo de pensar sobre a
evolução e a dinâmica de paisagens heterogêneas sendo vista igualmente como
o
corpo de conhecimento ou de fatos sobre o espaço ecológico, a heterogeneidade
espacial e a escala.
Gonçalves (2007) verifica algumas ações possíveis de serem utilizadas com
os índices de paisagem, tais como; subsídios para elaboração de programas de
conservação; avaliação das consequências ecológicas nas alternativas de diferentes
situações de manejo; simulação de cenários alternativos; identificação de locais
prioritários à intervenção. A análise estrutural da paisagem é um processo crítico no
manejo dos recursos naturais e na conservação de espécies ameaçadas.
Com a crise ambiental, focalizada principalmente na alteração da cobertura
da terra, a Ecologia de Paisagem apresenta-se como uma excelente ferramenta no
processo de planejamento regional e elaboração de áreas de conservação, da
preservação da diversidade biológica e do manejo sustentável (DOBROVOLSKI,
2006; GONÇALVES, 2007).
Recentes avanços nos estudos sobre modelagem, análise espacial,
funcionamento de ecossistemas, sensoriamento remoto, geoprocessamento e
sistemas de informação geográfica contribuíram muito para o desenvolvimento da
ecologia de paisagem. Estes avanços no desenvolvimento de técnicas e conceitos
em diferentes áreas do conhecimento propiciam à ecologia da paisagem uma
abordagem prática, que a torna aplicável à definição de áreas e ações prioritárias
para a conservação da diversidade biológica e para o manejo sustentável
(GONÇALVES, 2007).
2.2 Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento
A Figura 4 representa o funcionamento básico do Sensoriamento Remoto,
que consiste na transferência de energia eletromagnética de uma fonte artificial ou
natural, sendo que a principal fonte natural para a Terra é o Sol (A). Essa energia
propaga-se (B) com frequências e comprimentos de ondas específicos os quais, ao
colidirem sobre determinada superfície (C) podem ser, de um modo geral,
absorvidos ou refletidos conforme a natureza da substância. A energia refletida é
então captada por sensores instalados em satélites (D), que os enviam às estações
10
de recepção na Terra (E) e processam as informações gerando dados tais como
imagens ou valores numéricos (F).
Figura 4 -
Sensoriamento Remoto.
Fonte:
Canada Center for Remote Sensing
O
conjunto das tecnologias voltadas à coleta e tratamento das informações
espaciais é definido como Geoprocessamento, pois utiliza uma série de técnicas
matemáticas e computacionais (COUTO, 2007), tais como digitalização, conversão
de dados, modelagem digita
Informação Geográfica (APARÍCIO, 2001), sendo a imagem do satélite
georreferenciada, ou seja; localizada no espaço e definida por um sistema
referencial de coordenadas (latitude/longitude) conhecidas (NO
Os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são ferramentas
computacionais que capturam, modelam, recuperam, manipulam, apresentam e
analisam dados georreferenciados que representam objetos e fenômenos em que a
localização geográfica é
uma característica inerente à informação e indispensável
para analisá-la (CÂMARA
et al
Xavier da Silva (2001) afirma que os SIG, por constituírem um conjunto de
aplicativos de transformação e representação visual de dados
de recepção na Terra (E) e processam as informações gerando dados tais como
imagens ou valores numéricos (F).
Etapas
envolvidas na obtenção de dados por
Sensoriamento Remoto.
Canada Center for Remote Sensing
– CCRS, 1998.
conjunto das tecnologias voltadas à coleta e tratamento das informações
espaciais é definido como Geoprocessamento, pois utiliza uma série de técnicas
matemáticas e computacionais (COUTO, 2007), tais como digitalização, conversão
de dados, modelagem digita
l do terreno, processamento de imagens e Sistemas de
Informação Geográfica (APARÍCIO, 2001), sendo a imagem do satélite
georreferenciada, ou seja; localizada no espaço e definida por um sistema
referencial de coordenadas (latitude/longitude) conhecidas (NO
GUEIRA, et. al,1997).
Os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são ferramentas
computacionais que capturam, modelam, recuperam, manipulam, apresentam e
analisam dados georreferenciados que representam objetos e fenômenos em que a
uma característica inerente à informação e indispensável
et al
. 1996).
Xavier da Silva (2001) afirma que os SIG, por constituírem um conjunto de
aplicativos de transformação e representação visual de dados
de recepção na Terra (E) e processam as informações gerando dados tais como
envolvidas na obtenção de dados por
conjunto das tecnologias voltadas à coleta e tratamento das informações
espaciais é definido como Geoprocessamento, pois utiliza uma série de técnicas
matemáticas e computacionais (COUTO, 2007), tais como digitalização, conversão
l do terreno, processamento de imagens e Sistemas de
Informação Geográfica (APARÍCIO, 2001), sendo a imagem do satélite
georreferenciada, ou seja; localizada no espaço e definida por um sistema
GUEIRA, et. al,1997).
Os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são ferramentas
computacionais que capturam, modelam, recuperam, manipulam, apresentam e
analisam dados georreferenciados que representam objetos e fenômenos em que a
uma característica inerente à informação e indispensável
Xavier da Silva (2001) afirma que os SIG, por constituírem um conjunto de
aplicativos de transformação e representação visual de dados
ambientais,
11
estatísticos ou textuais, são valiosas ferramentas para subsidiar a avaliação, o
planejamento e o monitoramento de recursos naturais em uma série de atividades
que podem restringir-se a uma região ou até mesmo a um país inteiro.
Vários autores (ZAIDAN; XAVIER–DA-SILVA 2004; COSTA; XAVIER-DA-
SILVA, 2004; PEREIRA JUNIOR et. al., 2004; ROCHA et. al., 2004, KOUAKOU e
XAVIER-DA-SILVA, 2004) citam diversas aplicações do geoprocessamento para a
questão ambiental, destacando-se o planejamento urbano, zoneamento de áreas
com necessidade de proteção ambiental, suporte para elaboração de planos de
manejo, fiscalização de áreas de proteção legal, avaliação de recursos florestais,
mapeamento de fragilidades ambientais, dinâmicas da paisagem, avaliação da
qualidade visual da paisagem, entre outras.
Esses softwares trabalham com a confecção de diversos tipos de mapas que
podem estar representados por planos de informação denominados camadas ou
layers, as quais carregam determinada feição. Dessa forma um SIG é capaz de
realizar operações de manipulação de dados como identificação de formas,
identificação de pontos e polígonos, determinação de área e de distância, cálculos
de proximidade, procura por dado, por localização, por atributo e por similaridade,
entre outros (RICHARDS, 1993).
2.3 Métricas da paisagem
O software Fragstats 3.3 (McGARIGAL; MARKS, 1995) é um programa de
domínio público que possibilita a análise da estrutura e dos padrões espaciais da
paisagem, utilizando para isso um conjunto de métricas. As mesmas métricas podem
ser aplicadas aos fragmentos (Patches) para cada uma das classes (Class) de
elementos da paisagem e para a paisagem (Land) como um todo.
As diversas métricas podem ser classificadas em oito grupos de categorias:
métricas de área, de fragmentos, de bordas, de forma, de área central (core), de
vizinho mais próximo, de contágio e mistura e de diversidade.
12
2.4 Modelagem dinâmica
O planejamento e a gestão ambiental de bacias hidrográficas dependem da
competência em qualificar e quantificar os padrões de uso e de ocupação da terra,
podendo ser realizado através de medidas de campo e da modelagem matemática.
Iritani (1998) define modelagem matemática como uma representação
matemática dos processos naturais a partir de um modelo conceitual, idealizado com
base no levantamento e na interpretação de dados e observações tendo como
objetivo uma melhor compreensão do sistema atual, possibilitando prever situações
futuras e compreeender processos passados.
Odi (2005) cita que o objetivo principal da modelagem é reproduzir
características relevantes para o tratamento de uma determinada questão
específica, a qual poderá ser modelada de diferentes maneiras, de acordo com as
informações disponíveis e os propósitos do estudo excluindo-se assim de tentar
elaborar uma cópia exata do problema em estudo.
Referindo-se ao processo de pesquisa que leva à geração de uma
representação de um sistema Soares Filho (1998) afirma que modelagem é a arte
de construir modelos. Por possuírem diferentes tipos de linguagens e formatos e
cada um deter uma especificidade em aplicações, Meredith et al., (1985) classificam
os modelos em físicos, gráficos e matemáticos. O primeiro demonstra as
representações físicas atuais e é uma redução análoga ao original.
Os modelos gráficos são produzidos em desenhos esquemáticos,
demonstrando as relações entre dois ou mais parâmetros. Os modelos matemáticos
simulam o problema em termos matemáticos, valendo-se de representações por
meio de símbolos ou linguagem (lógicos matemáticos).
O modelo matemático, por sua vez, pode ser classificado em determinístico
ou estocástico-probabilístico e pode ser expresso em uma única expressão
matemática ou ser estruturado em complexos sistemas, os quais são viabilizados
atualmente por computadores capazes de calcular milhares de equações em pouco
tempo (SCARASSATTI, 2007).
Com o advento dos SIGs, que possuem a finalidade de armazenar, organizar,
recuperar e modificar informações sobre a distribuição espacial de recursos naturais,
13
surgiram também sistemas capazes de prover representações realistas de
processos espaço-temporais.
A Modelagem Dinâmica procura transcender as limitações atuais da
tecnologia de geoprocessamento, fortemente baseada numa visão estática,
bidimensional do mundo, tendo como objetivo realizar uma simulação numérica de
processos dependentes do tempo (BURROUGH, 1998).
Nesse contexto Soares Filho (1998) salienta a importância dos modelos
computacionais de análise e de previsão de mudanças através do espaço
geográfico, pois permitem uma melhor compreensão da dinâmica da paisagem
como, por exemplo, para discriminar mudanças ambientais que são devidas à
variabilidade natural daquelas causadas pela intervenção antrópica.
Este tipo de modelagem observa e quantifica o ritmo das mudanças,
explorando as características do fenômeno estudado em tempo real, e projeta
cenários futuros que são úteis para um planejamento estratégico (PAIM, 2008).
Couclelis (1999) afirma que, para um SIG modelar processos dinâmicos com
o nível necessário de realismo, necessita mais que suposições pré-estabelecidas
quanto à homogeneidade, uniformidade e universalidade das propriedades de seus
principais componentes (que incluem o espaço e as relações espaciais, o tempo e o
modelo) mas também serem capazes de representar o espaço como uma entidade
não homogênea tanto nas suas propriedades quanto na sua estrutura; ter as regras
de transição como regras não universais; considerar a variação temporal como um
processo regular ou irregular; dispor o sistema como um ambiente aberto a
influências externas e possuir as vizinhanças como relações não estacionárias.
As relações entre as vizinhanças simulam o processo de mudança ou
crescimento em modelos dinâmicos, baseados na premissa de que as transições
ocorrem unicamente em função do que acontece na vizinhança imediata à dada
célula. Esse modelo é definido por Batty (2000) como autômatos celulares.
Almeida (2008) reconhece quatro elementos básicos que compõem os
modelos de autômatos celulares:
14
a) células – são os objetos da modelagem e podem assumir formatos e
dimensões diferentes, os quais manifestam algum tipo de vizinhança e proximidades
entre si;
b) estados – atributo único (discreto) apresentado por cada célula em um
intervalo de tempo considerado (por exemplo, qualquer valor entre 0 e 1);
c) vizinhanças – podem se apresentar de diferentes formas e seus estados e
configurações condicionarão a mudança ou a permanência dos estados atuais das
células sob sua influência;
d) regras de transição – determinam quando e por que o estado de uma
célula se altera, podendo ser qualitativas ou quantitativas (PEDROSA; CÂMARA,
2001).
Os mesmos autores acima citados incluem um quinto componente básico nos
autômatos celulares, que é o conjunto de intervalos de tempo com atualização
simultânea das células.
O software DINAMICA 2.4 (SOARES FILHO et al., 1999) é um simulador da
dinâmica de Paisagens que possui como características a capacidade de incorporar
processos de decisão baseados em modelos de uso da terra a partir de abordagem
maciça de dados derivados do Sensoriamento Remoto Orbital e a capacidade de
incluir processos estocásticos de múltiplos passos de tempo com probabilidades
espaciais com característica dinâmica e ainda computar o efeito da vizinhança em
um projeto misto de mosaico e manchas (SOARES FILHO et al., 2001).
Soares filho et al. (2003) descreve o DINAMICA 2.4 (op. cit) como um modelo
de simulação espacial do tipo autômato celular que utiliza como entrada um mapa
da paisagem inicial (por exemplo.: uso e cobertura da terra), um mapa do tempo de
permanência de cada célula no estado atual e um conjunto de varáveis as quais
podem ser estáticas ou dinâmicas, sendo as últimas recalculadas a cada iteração do
programa. As variáveis (por exemplo.: solo, vegetação, altitude) são combinadas
através de seus pesos de evidência (pesos que favorecem ou desfavorecem uma
transição na paisagem em determinada faixa de distância e em determinada
variável) para gerar os mapas de probabilidades de transição. Para isso utiliza dois
15
processos de transiç
ão complementares baseando
mais próxima nas chances de transição e na dinâmica das manchas.
2.5
A Bacia Hidrográfica do Rio Forqueta
A Bacia Hidrográfica
Taquari (Figura 5),
entre as latitudes 29º 30’ e 28º 49’S e as longitudes 52º00’ e 52º
45’ W no nordeste do estado do Rio Grande do Sul (REMPEL, 2000) somando
2.845.989 Km² de área.
Figura
Rio Forqueta, R
Fonte:
ão complementares baseando
-
se na influência da vizinhança
mais próxima nas chances de transição e na dinâmica das manchas.
A Bacia Hidrográfica do Rio Forqueta
A Bacia Hidrográfica
do rio
Forqueta está inserida na região geográfica
entre as latitudes 29º 30’ e 28º 49’S e as longitudes 52º00’ e 52º
45’ W no nordeste do estado do Rio Grande do Sul (REMPEL, 2000) somando
Figura
5-
Localização da Bacia Hidrográfica do
Rio Forqueta, R
S.
Fonte:
Périco (2009)
se na influência da vizinhança
Forqueta está inserida na região geográfica
Vale do
entre as latitudes 29º 30’ e 28º 49’S e as longitudes 52º00’ e 52º
45’ W no nordeste do estado do Rio Grande do Sul (REMPEL, 2000) somando
Localização da Bacia Hidrográfica do
16
O Vale do Taquari está localizado, em parte, na encosta Inferior do Planalto
Meridional, apresentando-se fortemente escarpado pela ação do rio Taquari, e na
Depressão Central do estado (REMPEL, 2000).
As áreas de vegetação nativa são constituídas por fragmentos
remanescentes de vegetação e pelos campos. Originalmente a região era
constituída por duas formações florestais: a Floresta Estacional Decidual e Floresta
Ombrófila Mista-Mata de Araucária que, atualmente, encontram-se fragmentadas
em diferentes estádios de sucessão ecológica.
Grande parte da cobertura vegetal natural da bacia foi substituída por
atividades agropastoris, de maneira que persistem áreas cobertas, porém não pela
flora original estratificada, mas sim com um desbastamento acentuado e submata
(REMPEL, 2000).
No Cenário de Uso e Ocupação da terra de 2007 são identificadas 9 classes,
que são representadas por: Floresta Industrial (5,80%), Floresta Estacional Decidual
(19,50%), Floresta Ombrófila Mista (18,34%), Vegetação Pioneira (27,50%),
Vegetação Campestre (8,50%), Lavoura (9,80%), Solo Exposto (5,46%), Hidrografia
(3,85%) e Área Urbana apresentando 0,39% (PÉRICO, 2009) conforme demonstra a
Figura 6.
A rede hidrográfica correspondente à área de estudo apresenta 109.659 Km
2
de área, o que representa 3,85% da bacia. Os rios Fão e Forqueta, que possuem
largura que varia entre 15 e 50 metros, são classificados como sendo de terceira
ordem e, juntamente do arroio Forquetinha, que possui largura entre 10 a 15 metros
(segunda ordem), correspondem a 16% do total da malha hidrográfica. Os 85%
restantes são representados por arroios e sangas secundários.
A Bacia do rio Forqueta apresenta variações de temperatura que estão
diretamente relacionadas com as diferentes altitudes encontradas no território da
bacia, sendo que nas porções mais elevadas as temperaturas tendem a ser mais
baixas que nas porções nas quais o relevo apresenta as menores altitudes
(PÉRICO, 2009).
Quanto às chuvas, estas ocorrem de forma bem distribuída durante todos os
meses do ano, não evidenciando um mês com deficiência hídrica. Os volumes
17
médios anuais variam entre 1450 a 1780 mm, sendo que nas porções de altitudes
mais elevadas a precipitação pluviométrica é maior (PÉRICO, 2009).
Figura 6. Uso e Ocupação da terra da Bacia Hidrográfica do Rio
Forqueta em 2007.
Fonte: Périco (2009).
18
A escolha de uma bacia hidrográfica como área de estudo está baseada nos
pressupostos das Ciências Ambientais, os quais colocam as bacias hidrográficas
como sendo as unidades da paisagem mais adequadas para estudos ambientais,
basicamente devido ao seu conceito de integração de fatores ecológicos, sócio-
econômicos e culturais. A solução de muitos problemas ambientais está
intimamente vinculada com as preocupações que objetivam a manutenção das
bacias hidrográficas (O'SULLIVAN, 1981)
2.5.1. Indicadores demográficos e econômicos
A bacia em questão abrange, total ou parcialmente, os municípios de Arroio
do Meio, Arvorezinha, Barros Cassal, Coqueiro Baixo, Canudos do Vale, Capitão,
Fontoura Xavier, Pouso Novo, Progresso, São José do Herval, Itapuca, Sério,
Lajeado, Travesseiro, Santa Clara do Sul, Marques de Souza, Nova Brescia,
Relvado, Putinga e Soledade (REMPEL, 2000)
Para a Fundação de Economia e Estatística (FEE, 2010), a região geográfica
denominada Vale do Taquari, no qual está inserida a Bacia Hidrográfica em estudo
(com exceção dos municípios Barros Cassal, Fontoura Xavier, São José do Herval,
Itapuca e Soledade), possui 4.821,1 Km² de área (1,71% da área do estado) e em
2008 apresentou 320.888 habitantes, contabilizando 66,6 hab/km
2
.
Segundo o mesmo autor a estrutura setorial do Valor Adicionado Bruto por
setores de atividade econômica em 2007 apresenta-se maior no setor de serviços
(52%), seguido por indústria (35%) e agropecuária (13%).
A agropecuária representa uma parte importante da atividade econômica do
Vale do Taquari. Organizada no modelo familiar em minifúndios de diversas culturas
e criações – sempre em regime confinado – e na maioria das vezes constituídas em
sistema integrado com a indústria de alimentos, apresentou em 2006, 25.698
propriedades rurais com tamanho médio de 13,53 ha (CENSO AGROPECUÁRIO,
2006 apud VALE, 2010)
19
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Imagens de satélite
A análise da fragmentação florestal e a modelagem dinâmica espacial da
bacia hidrográfica do rio Forqueta foram realizadas utilizando, como dados de
entrada, os cenários de uso e cobertura da terra dos anos de 1989 e de 2008,
período que compreende 19 anos. Estes dados de uso e cobertura da terra foram
obtidos a partir de um conjunto de imagens do satélite TM Landsat 5, obtidas
gratuitamente do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE. A Tabela.1
apresenta a relação e as principais características das imagens de satélite utilizadas
na análise temporal.
Tabela 1 - Relação das imagens de satélite utilizadas para análise da bacia
hdrográfica do rio Forqueta
Data da
Imagem
Satélite Órbita - Ponto
Resolução
Espacial
Bandas
Utilizadas
20-09-1989 Landsat 5 222-080 30 m 3, 4 e 5
24-09-2008 Landsat 5 222-080 30 m 3, 4 e 5
3.1.1 Pré-Processamento das Imagens de Satélite
Os procedimentos metodológicos relacionados com o pré-processamento das
imagens de satélite apresentados na tabela 1, como a correção radiométrica,
normalização radiométrica, o georreferenciamento, o registro e o recorte foram
realizados no software ENVI 4.5 (ITT, 2008), enquanto que os mapas de uso e
cobertura da terra foram gerados no SIG Idrisi Andes 15 (EASTMAN, 2006). Do
conjunto de bandas do satélite Landsat disponibilizadas foram utilizadas as bandas 3
(Vermelho), 4 (Infravermelho Próximo) e 5 (Infravermelho Médio) do satélite Landsat
5. Assim sendo, as etapas de registro e recorte foram realizadas somente nestas
bandas.
O georreferenciamento consiste em um processo que concede a uma imagem
um sistema de coordenadas do mundo real e corrige eventuais deformações
decorrentes do processo de aquisição da imagem de satélite. O
georreferenciamento realizado nas imagens de 1989 e de 2008 utilizou 15 pontos de
controle medidos nas cartas topográficas (tabela 2) que cobrem toda a área de
estudo, em escala 1:50.000, elaboradas pela Diretoria do Serviço Geográfico do
Exército (DSG, 1980). O erro médio quadrático (RMS) do georreferenciamento foi
controlado com valor inferior a 1 pixel, ou seja, inferior a 30 m². A distribuição dos
pontos de controle foi realizada de modo que cada quadrante da área de estudo
recebesse, pelo menos, 20% do total de pontos. Por último, a disponibilidade do
limite da bacia hidrográfica permitiu a criação de uma máscara para realizar o
recorte das bandas georreferenciadas do conjunto de imagens.
Tabela 2 - Cartas planialtimétricas utilizadas no Georreferenciamento.
Folhas Denominação
SH.22-V-D-I-4 MI-2951/4 Marques de Souza
SH.22-V-D-I-3 MI-2951/4 Sério
SH.22-V-D-I-2 MI-2951/2 Nova Bréscia
SH.22-V-D-II-3 MI-2952/3 Lajeado
SH.22-V-C-III-2 MI-2950/2 Barros Cassal
SH.22-V-B-IV-1 MI-2934/1 Nicolau Vergueiro
SH.22-V-B-IV-3 MI-2934/3 Soledade-E
SH.22-V-B-IV-4 MI-2934/4 Arvorezinha
SH.22-V-D-I-1 MI-2951/1 Progresso
SH.22-V-A-VI-4 MI-2933/4 Soledade
Fonte: DSG (1980)
21
3.2 Mapeamento das Áreas Florestais
As áreas florestadas da bacia hidrográfica do Rio Forqueta foram
classificadas pelo método supervisionado da Máxima Verossimilhança Gaussiana.
Este classificador utiliza apenas a informação espectral de cada pixel para definir
regiões homogêneas e se fundamenta em métodos estatísticos (PONZONI;
SHIMABUKURU, 2007). As amostras de treinamento utilizadas para treinar o
classificador foram coletadas sobre uma composição colorida procurando
compreender toda a variação dos níveis de cinza das áreas florestais. As imagens
temáticas resultantes das áreas florestais, para cada ano analisado, foram validadas
de forma heurística.
3.3 Mapeamento das Áreas Não Florestais
Em virtude do presente estudo enfocar a análise dos fragmentos florestais e a
dinâmica dessas áreas, os demais usos da terra foram agrupados em uma única
classe temática, representada pelas áreas de uso antrópico. Uma vez que a
delimitação das áreas florestais foi descrita anteriormente, o restante da paisagem
da bacia consiste de usos antrópicos, compostos por áreas agrícolas, áreas
urbanas, áreas de pecuária e outras. Assim sendo, com o uso de álgebra de mapas,
foram gerados os mapas temáticos do uso e cobertura da terra para o ano de 1989 e
2008. Ao término dessa etapa, a resolução espacial dos dois mapas de uso e
cobertura da terra foram reamostradas de 30 para 60 m. A medida visou
desenvolver um modelo que pudesse ser desenvolvido mais rapidamente.
3.4 Modelagem Dinâmica Espacial
O software DINAMICA 2.4 é um instrumento de investigação de trajetórias da
paisagem e de dinâmica de fenômenos espaciais. Por ser um modelo genérico de
mudanças possibilita modelar vários fenômenos dinâmicos como desflorestamento e
dinâmica urbana.
22
3.4.1. Variáveis
Para modelar as mudanças ocorridas na paisagem o DINAMICA 2.4 utiliza
variáveis que podem ser definidas como os fatores ou evidências que contribuem na
magnitude e na localização das mudanças ocorridas na paisagem. Foram utilizadas
como variáveis a declividade e a distância das áreas florestadas do cenário inicial
(1989). A primeira variável foi categorizada em classe temática, entrando no modelo
dinâmico como variável categórica. Esta variável foi exportada no formato do
software ER Mapper 7.1 (ER Mapper, 1995), no qual foi composto um arquivo
multilayer ou “cubo de dados”, compondo o arquivo final da variável. Além disso,
foram criados outros dois “cubos de dados”, um para o uso e cobertura da terra
inicial e outro para o uso e cobertura da terra final. A segunda variável, que consiste
na distância das áreas florestadas do cenário inicial, foi utilizada diretamente no
software DINAMICA 2.4 como variável dinâmica, não integrando o “cubo de dados”
das variáveis. A cada iteração do modelo, o software calcula uma nova distância
para esta variável.
3.4.2 Implementação do Modelo Dinâmico Espacial
A simulação da mudança da paisagem da Bacia Hidrográfica do Rio Forqueta
teve início com a definição do número de classes de uso e cobertura da terra (área
florestada e área não florestada) e o número de passos de tempo a serem simulados
(19 anos). Na sequência foi inserido no modelo o mapa de uso e cobertura da terra
inicial, o mapa de tempo de permanência fictício e as variáveis. Na opção “Mapas
Dinâmicos” foi marcada a classe de uso e cobertura da terra que corresponde às
áreas florestais usada como variável dinâmica.
Pelo menu Display do software DINAMICA 2.4, opção External Tools, foram
calculadas as matrizes de transição anual e global, pelo período de tempo
considerado de 19 anos (1989-2008).
As matrizes de transição consistem em uma taxa de mudança da paisagem
em um dado período de tempo. No presente estudo, com base na tabulação cruzada
23
dos mapas de uso e cobertura da terra dos anos de 1989 e de 2008, foi calculada a
matriz de transição global para os 19 anos considerados e também a matriz de
transição anual decomposta. É a matriz de transição anual que é utilizada no modelo
dinâmico espacial.
Os valores apresentados na matriz global (tabela 3) indicam a probabilidade
de cada pixel, pertencente à classe Área Não Florestada permanecer nessa classe
(0.781333415) ou transformar-se em classe Área Florestada (0.218666585) em 19
anos. O valor zero (0) indica que não houve cálculo de transição entre as classes e o
valor um (1) é indicativo de permanência, do pixel, na classe no decorrer do tempo
em estudo.
Tabela 3 - Matriz de transição Global de 1989 a 2008 entre as área
florestadas e não florestadas na bacia hidrográfica do rio Forqueta, RS.
Background
Não Floresta Floresta Rios
Background 1 0 0 0
Não Floresta 0
0.781333415
0.218666585 0
Floresta 0 0 1 0
Rios 0 0 0 1
Os valores apresentados na matriz decomposta (tabela 4) indicam a
probabilidade de cada pixel, pertencente a classe Não-Floresta permanecer nessa
classe (0.987096951) ou transformar-se em classe Floresta (0.012903049) em um
ano. Os valores 0 e 1 possuem os mesmos atributos que na tabela. 4.
Tabela 4 - Matriz de transição anual decomposta de 1989 a 2008 entre as
áreas florestadas e não florestadas na bacia hidrográfica do rio Forqueta, RS.
Background
Não Floresta Floresta Rios
Background 1 0 0 0
Não Floresta 0 0.987096951 0.012903049 0
Floresta 0 0 1 0
Rios 0 0 0 1
24
Posteriormente foi criado o arquivo “esqueleto” para a categorização dos
mapas das variáveis. Neste procedimento é informado o mapa de uso e cobertura
da terra inicial, as variáveis e a transição a ser analisada. Por último, ainda é
informado a resolução espacial de cada variável, correspondendo a 60 metros para
todas. Após a criação do arquivo “esqueleto”, o DINAMICA 2.4 calculou as melhores
faixas de distâncias para a variável contínua. Neste procedimento foram informados
os mapas de uso e cobertura da terra inicial e final, as variáveis e o arquivo
“esqueleto”. Nesta operação, o software DINAMICA 2.4 cruza a transição da
paisagem com as duas variáveis, expondo as melhores faixas de distâncias que
explicam a mudança.
Uma vez calculadas as melhores faixas de distâncias para cada variável o
passo seguinte foi calcular os pesos de evidências para cada intervalo de distância
em função da presença ou não da transição da paisagem. Como dados de entrada
foram informados novamente os mapas de uso e cobertura da terra inicial e final, as
variáveis e o arquivo apresentando as melhores faixas de distância para cada
variável. Como saída, foram calculados os pesos de evidências pelo DINAMICA 2.4,
representados pelos W+ (peso que favorece uma transição na paisagem em
determinada faixa de distância e em determinada variável) e pelo W- (peso que
desfavorece uma transição na paisagem em determinada faixa de distância e em
determinada variável).
Após calculados os pesos de evidências e antes de proceder à simulação foi
calculada a correlação entre as duas variáveis. Este cálculo utilizou como dados de
entrada o mapa de uso e cobertura da terra inicial, o arquivo de variáveis e os pesos
de evidências. Esta operação consiste em uma análise exploratória objetivando
identificar se duas ou mais variáveis apresentam associação. No caso de ocorrer
associação entre duas variáveis, pode-se eliminar uma destas ou combiná-las em
uma única variável. Os índices que medem a associação entre pares de dados de
mapas de evidências ou variáveis são o Coeficiente Cramer (V), o qual lida com
valores absolutos para a sobreposição de áreas entre pares de evidências. Segundo
Bonham-Carter (1994), um Coeficiente Cramer abaixo de 0,5 indica que o par de
evidências ou par de variáveis em questão não apresenta associação ou
25
dependência, de modo que podem ser mantidas e utilizadas na modelagem. O valor
do Coeficiente Cramer para as duas variáveis analisadas foi de 0,37, indicando que
as duas variáveis podem ser utilizadas na modelagem.
A última etapa na implementação do modelo dinâmico é o ajuste das funções
de transição, que no software DINÂMICA podem ser por Expander (expansão) ou
Patcher (nucleação). Estes operadores, com base no mapa de probabilidade de
transição espacial da paisagem, que por sua vez foi calculado a partir dos pesos de
evidências de cada variável, simularam quantitativamente e espacialmente as
transições na paisagem. Por convenção, o DINAMICA 2.4 realiza primeiro as
transições por expansão ou contração de manchas de certa classe de uso e
cobertura da terra existente previamente e depois por Patcher, que gera ou forma
novas manchas por um mecanismo de nucleação.
O percentual de transições executadas pela função do Expander em relação
ao Patcher precisa ser definido para cada transição. O software realiza iterações até
que as transições alcancem a taxa de mudança na paisagem, expressa pela matriz
de transição anual calculada. Foram realizadas três simulações para calibrar o
modelo, sendo que em cada uma delas houve diferentes ajustes nos Percentuais de
Expander/Patcher. Os valores Tamanho médio dos fragmentos e Variância do
tamanho médio dos fragmentos foram calculados no Fragstat 3.3 (op. cit) a partir do
mapa uso e cobertura da terra de 1989.
A tabela 5 mostra os valores das funções de transição da simulação 3 que
apresentou os valores simulados mais semelhantes aos valores reais de uso e
cobertura da terra de 2008.
Tabela 5. Valores das funções de transição para a simulação (Sim)
1, 2 e 3.
Função de transição
Valores
Sim 1 Sim 2 Sim 3
Percentual de Expander / Patcher 0,7 / 0,3
0,3 / 0,7
0,5 / 0,5
Tamanho médio dos fragmentos 6 ha 6ha 6 ha
Variância do tamanho dos fragmentos
1142 ha
1142ha 1142 ha
26
3.4.3 Operação do Modelo
Para a operação do modelo o software utiliza as variáveis dinâmicas e
categóricas para o cálculo das probabilidades espaciais de transição, com base nos
pesos de evidências calculados, gerando mapas de probabilidades de cada célula
do terreno sofrer uma transição de i para j. Estes mapas são utilizados
posteriormente pelas funções de transição na eleição de células a serem
transicionadas. O resultado foi a obtenção de 19 mapas de uso e cobertura da terra
simulados, ou seja, um para cada ano. O conjunto desses mapas reconstitui a
dinâmica espacial de mudança da paisagem.
3.4.4 Validação dos Resultados
Para fins de validação do modelo implementado, foi realizada inicialmente
uma avaliação heurística das simulações. Esta avaliação objetivou, em macroescala,
avaliar se a paisagem simulada no último passo de tempo apresenta
correspondência com o mapa de uso e cobertura da terra do ano de 2008. Modelos
espaciais requerem uma comparação dentro de um contexto de vizinhança. Mesmo
que os mapas não correspondam exatamente pixel a pixel, ainda assim podem
apresentar padrões espaciais similares e da mesma forma, correspondência
espacial dentro de certa vizinhança de pixels. Para tratar deste assunto, foram
desenvolvidos vários métodos de comparação baseados na vizinhança. Dois destes
métodos baseados na vizinhança são apresentados na sequência.
O procedimento de Ajuste por Múltiplas Resoluções (F), introduzido por
Constanza (1989), compara o ajuste do mapa simulado com o mapa real em função
de uma janela de varredura crescente, no presente caso, o mapa de uso da terra de
2008 simulado com o classificado. Esta janela é deslocada através da imagem e o
ajuste médio de uma janela de tamanho particular é calculado. Este tamanho
representa, portanto, o ajuste da predição para aquela resolução. É um
procedimento mais simples, pelo fato de somente considerar o mapa simulado com
o mapa real, gerando um índice com valor mais elevado. Índices de similaridade F
aceitáveis apresentam valor acima de 0,8.
27
A Medida de Similaridade Fuzzy (HAGEN, 2003) e a Medida de
Similaridade Fuzzy Modificado (S) estão baseadas no conceito de imprecisão da
localização, no qual a representação de uma célula é influenciada pela própria célula
e, menos, pelas células de sua vizinhança. O cálculo é realizado relacionando os
mapas diferença entre o uso e cobertura da terra inicial e final com o mapa diferença
entre o uso e cobertura da terra final e simulado. A seguir é calculada a diferença em
dois sentidos entre os dois mapas, utilizando uma função de decaimento constante
ou exponencial, considerando pixel-a-pixel e janelas de varredura com 3, 5, 7 ou
mais células. É escolhida a similaridade global de menor valor, medida nos dois
sentidos. Índices de similaridade S aceitáveis apresentam valor aproximado acima
de 0,5. Os Índices de similaridade F e S para a simulação 3 estão representados na
tabela 6.
Tabela 6 - Índices de similaridade Ajuste por Múltiplas Resoluções (F) e Medida de
Similaridade Fuzzy Modificado (S) para a simulação 3.
Método de Validação
Janela
1 pixel
Janela
3 pixel
Janela
5 pixel
Janela
7 pixel
Ajuste por Múltiplas Resoluções (F) 0,90 0,94 0,95
0,95
Medida de Similaridade Fuzzy Modificado (S)
0,37 0,53 0,56
0,57
3.4.5 Projeção de Cenários
Para a obtenção do mapa de uso e cobertura da terra para o ano de 2018
trocou-se a entrada do modelo (uso da terra 1989) pelo mapa de uso e cobertura da
terra de 2008 alterando-se também, os passos de tempo para 10 anos,
correspondente ao ano de 2018. A projeção de cenários, por métodos de
modelagem dinâmica espacial, é uma estimativa do que pode vir a acontecer em
determinada paisagem, caso as variáveis que explicam a mudança mantiverem a
mesma tendência.
28
3.5. Análise da Fragmentação Florestal
A borda dos fragmentos ficou estabelecida em 30m (RODRIGUES, 1998;
PÉRICO e CEMIN, 2006) e os mapas de uso e cobertura da terra dos dois anos em
estudo, tiveram sua resolução espacial ajustada para 60m no software Idrisi Andes
15 (op. cit) através da função Contract. As imagens foram reclassificadas pelas
funções Edit e Assign e posteriormente forma convertidas em formato ASCII pela
função Convert.
Ainda na função Edit criou-se um arquivo de texto contendo as propriedades
das classes, conforme mostra a tabela 7.
Tabela 7 - Propriedades de Classe para os mapas de uso e
cobertura da terra de 1989, 2008 e 2018 para a bacia
hidrográfica do rio Forqueta.
ID da Classe
Nome da Classe
Status
Background
-99 Background Falso Verdadeiro
99 Não Floresta Falso Falso
1 Floresta Verdadeiro
Falso
99 Rios Falso Falso
Para o cálculo das métricas da classe foi utilizado o progrma Fragstat 3.3.
Foram inseridos alguns parâmetros através da tela Set Run Parameters tais como:
a) a resolução espacial (cell size) em 60 metros; b) o valor do fundo (Background)
em 99, indicando que todas as categorias com esse valor não serão analisadas; c) o
número de linhas (Rows) e de colunas (Columms) do mapa fornecidos pelo Idrisi
Andes 15; d) o tipo de arquivo de entrada (ASCII), e) o tipo de regra de vizinhança
definia com oito células. Para o cálculo das métricas de fragmentos utilizaram-se as
mesmas definições. Tanto no cálculo das métricas de classe quanto nas métricas de
fragmentos, foram gerados arquivos-texto que posteriormente foram importados
para planilhas nas quais foram agrupados e tabulados. Esse procedimento foi
realizado nos mapas de uso e cobertura da terra para os dois anos em estudo.
29
3.5.1 Métricas de Paisagem
A seguir serão descritas as métricas que foram utilizadas no presente
trabalho, bem como suas siglas apresentadas no Fragstats 3.3 e a equação utilizada
pelo programa para calculá-la. Todas as informações foram obtidas a partir do
arquivo help content do próprio software.
a) AREA – Area – Área.
AREA = a
ij
ଵ
ଵ
a
ij
= área (m
2
) do fragmento ij.
Unidade
Hectares (10.000 m
2
)
Escala
AREA > 0, sem limite.
AREA _MN =
∑
ୟ
ౠ
ౠసభ
୬
MN (média) é igual à soma de
todas as áreas, dividida pelo número de
fragmentos. AREA_MN é dado na
mesma unidade que a métrica AREA.
b) CA - Class area - Área da Classe.
CA =
∑
a
୧୨
ቀ
భ
భబ
.
బబబ
ቁ
୬
୨
ୀ
ଵ
a
ij
= área (m
2
) do fragmento ij.
Unidade
Hectares (10.000 m
2
)
Escala
CA > 0, sem limite.
c) LPI – Largest Patch Index – Índice de maior fragmento.
LPI =
୫ୟ୶
ౠ
స
భ
൫
ୟ
ౠ
൯
ሺ
100
ሻ
a
ij
= área (m
2
) do maior fragmento.
A = área total da paisagem (m
2
).
Unidade
Percentual
Escala
0 < LPI ≤ 100
30
d) NP - Number of patches – Número de Fragmentos
NP =
n
i
n
i
= número de fragmentos da classe na paisagem.
Unidade
nenhuma
Escala
NP ≥ 1, sem limite.
e) PD - Patch density - densidade de fragmentos.
PD =
୬
A
ሺ
10
.
000
ሻ
ሺ
100
ሻ
n
i
= número de fragmentos da classe
selecionada da paisagem.
A = Área total da paisagem (m
2
).
Unidade
Número de fragmentos por 100 hectares
Escala
PD > 0, limitado pelo tamanho da célula.
f) SHAPE – Shape Index – Índice da forma.
SHAPE =
୮
ౠ
୫୧୬
୮
ౠ
p
IJ
= perímetro do fragmento ij em termos de número
de superfícies celulares.
min p
ij
= perímetro mínimo do fragmento ij em termos
de número de superfícies celulares (pixel).
Unidade
Nenhuma
Escala
SHAPE ≥ 1, sem limite.
SHAPE _MN =
∑
౦
ౠ
ౣ
౦
ౠ
ౠ
స
భ
୬
MN (média) é igual à soma de todos
os perímetros dos fragmentos ij,
dividida pelo número de fragmentos.
SHAPE_MN é dado na mesma unidade
que a métrica SHAPE.
31
g) TCA – Total Core Area - Área central total
TCA =
∑
a
୧୨
ୡ
୬
୨
ୀ
ଵ
ቀ
ଵ
ଵ
.
ቁ
a
ij
c
= área central (m
2
) do fragmento
ij
com
base em profundidades borda especificada
(m).
Unidade
Hectares
Escala
TCA ≥ 0, sem limite.
h) CORE - Core área – Área Central
CORE =
a
ij
c
ሺ
ଵ
ଵ
.
ሻ
a
ij
c
= área central do fragmento (m
2
) baseada na
metragem da borda (m).
Unidade
Hectares
Escala
CORE ≥ 0, sem limite.
CORE _MN =
∑
ୟ
ౠ
ౙ
ౠ
స
భ
୬
MN (média) é igual à soma de todas as
áreas centrais dos fragmentos ij,
dividida pelo número de fragmentos.
CORE_MN é dado na mesma unidade
que a métrica CORE.
i) ENN_MN - Euclidean Nearest-Neighbor Distance – Distância média euclidiana
entre fragmentos vizinhos.
ENN = h
ij
h
ij
= distância (m) do fragmento ij para um vizinho mais
próximo da mesma classe com base na menor distância de
borda a borda.
Unidade
Metros
Escala
ENN > 0, sem limite.
ENN _MN =
∑
ౣ
సభ
∑
୶
ౠ
ౠసభ
N
MN (média) é igual à soma, em todos os
fragmentos da paisagem, dos valores
correspondentes a métrica, dividido pelo
número total de fragmentos. ENN_MN é
dado na mesma unidade que a métrica
ENN.
32
j) CPLAND - Core Area Percentage of Landscape - Percentual de área central na
paisagem.
CPLAND =
∑
ୟ
ౠ
ౙ
ౠ
స
భ
A
ሺ
100
ሻ
a
ij
c
= área central (m
2
) do fragmento ij
com base na borda especificada (m).
A = área total da paisagem (m
2
).
Unidade
Percentual
Escala 0 ≤ CPLAND < 100
33
4. RESULTADOS
4.1 Situação das áreas florestais na Bacia Hidrográfica do rio Forqueta em
1989 e 2008
A figura 7 apresenta a situação da cobertura vegetal da bacia entre os anos
de 1989 e 2008 e a Figura 8 apresenta a tabulação cruzada entre os mapas de uso
e cobertura da terra de 1989 e 2008, ressaltando os locais onde a regeneração
florestal ocorreu.
Figura 7 - Mapa do uso e cobertura da terra da Bacia hidrográfica do Rio Forqueta
nos anos de 1989 e 2008.
Fonte: Périco (2009)
Figura 8 -
Regeneração florestal entre 1989 e 2008.
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
A análise heurística dos mapas do uso e cobertura da terra, nos dois anos,
demonstra o aumento de áreas
bacia, com exc
eções as regiões noroeste
floresta não é tão evidente. A maior concentração de machas florestais
região central, onde se encontram
O cálc
ulo do total de f
Idrisi Andes 15 e
apresentam
Tabela 8 - –
Área total de floresta e áreas não florestadas.
Classe
Floresta
Não Floresta
Regeneração florestal entre 1989 e 2008.
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
A análise heurística dos mapas do uso e cobertura da terra, nos dois anos,
demonstra o aumento de áreas
florestadas em praticamente toda a extensão da
eções as regiões noroeste
e sudeste da bacia, onde o incremento de
floresta não é tão evidente. A maior concentração de machas florestais
região central, onde se encontram
também as maiores declividades.
ulo do total de f
loresta e de áreas não florestadas foram realizadas pelo
apresentam
-se na Tabela 8.
Área total de floresta e áreas não florestadas.
Classe
Área (ha)
1989
2008
Floresta
60.896,61 109.597,86
Não Floresta
222.561,36 173.860.11
A análise heurística dos mapas do uso e cobertura da terra, nos dois anos,
florestadas em praticamente toda a extensão da
e sudeste da bacia, onde o incremento de
floresta não é tão evidente. A maior concentração de machas florestais
está na
loresta e de áreas não florestadas foram realizadas pelo
Área total de floresta e áreas não florestadas.
35
Verifica-se um
acréscimo de 79,9% sobre o total de área florestada de 1989
para 2008, apresentando um incremento médio de 6,7% de floresta por ano
áreas não florestadas diminuíram 21,8% em 19
de 1,2% ao ano.
4.2 Simulação da Dinâmica da Paisagem entre 1989 e 2008
Para a simulação da paisagem de 2018 foi necessário compreender e definir
de que maneira as variáveis influenciaram na alteração
2008.
Dessa forma realizou
cobertura florestal
da bacia neste período, procurando obter um mapa que
representasse um modelo dinâmic
para realizar a
projeção futura para 2018. A simulação realizada foi avaliada
heurísticamente (Figura 9
) e verificado os índices
Múltiplas Resoluções (F), Qui
Figura 9 -
Uso e ocupação da terra em 2008
do rio Forqueta.
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
2008 real
acréscimo de 79,9% sobre o total de área florestada de 1989
para 2008, apresentando um incremento médio de 6,7% de floresta por ano
áreas não florestadas diminuíram 21,8% em 19
anos, representando um decréscimo
4.2 Simulação da Dinâmica da Paisagem entre 1989 e 2008
Para a simulação da paisagem de 2018 foi necessário compreender e definir
de que maneira as variáveis influenciaram na alteração
da paisagem entre 1
Dessa forma realizou
-se no DINAMICA 2.4
uma simulação da transição da
da bacia neste período, procurando obter um mapa que
representasse um modelo dinâmic
o mais próximo do real ocorrido
e assim utilizá
projeção futura para 2018. A simulação realizada foi avaliada
) e verificado os índices
Similaridade
Fuzzy
Múltiplas Resoluções (F), Qui
-Quadrado, Cramer e Kappa.
Uso e ocupação da terra em 2008
, real e simulado
, da bacia hidrográfica
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
2008 simulado
acréscimo de 79,9% sobre o total de área florestada de 1989
para 2008, apresentando um incremento médio de 6,7% de floresta por ano
. As
anos, representando um decréscimo
Para a simulação da paisagem de 2018 foi necessário compreender e definir
da paisagem entre 1
989 e
uma simulação da transição da
da bacia neste período, procurando obter um mapa que
e assim utilizá
-lo
projeção futura para 2018. A simulação realizada foi avaliada
Fuzzy
Modificado (S),
, da bacia hidrográfica
36
A tabela 9 apresenta os índices de similaridade entre os mapas de uso e
cobertura da terra (2008) e mapa simulado do uso e cobertura da terra (2008).
Tabela 9 - Índices de similaridade para mapas do uso e
ocupação da terra real em 2008 e uso simulado em 2008.
Índices de similaridade Valor
Qui-quadrado (df=9; p= 0,000) 4.058.655,25
Coeficiente Cramer 0,8754
Kappa 0,8377
O valor de qui-quadrado foi significativo, indicando semelhança entre o uso
real e modelo simulado. Para Soares-filho (1998) o coeficiente de Cramer é uma
correlação entre coeficientes que varia de 0,0, indicando nenhuma correlação, a 1,0
indicando correlação perfeita. Para Landis e Koch (1977) um índice Kappa variando
entre 0,81 e 1,0 é classificado como excelente. Dessa forma verifica-se uma
excelente semelhança entre os mapas analisados.
Para os pesos de evidências da variável Declividade foi utilizado o Sistema de
Avaliação de Aptidão Agrícola das Terras (RAMALHO-FILHO; BEEK, 1995) estando,
esses valores, expressos na tabela 10.
Tabela 10 - Pesos de Evidências para a Variável Declividade.
Classe Clinográfica
Característica
Peso (
W
+
/
W
-
)
0 – 3 % Plano - 0,837804549
3 – 8 % Suave Ondulado - 0, 712860096
8 – 13% Moderado Ondulado - 0, 503712633
13 – 20 % Ondulado - 0, 168127405
20 – 45% Forte Ondulado 0, 302284251
45 – 100% Montanhoso 0, 569882788
Acima de 100% Escarpado 0, 666249091
Fonte: Ramalho-Filho e Beek, 1995
37
Os pesos de evidências para a variável distância das áreas florestadas do
cenário inicial (1989) foram elaborados pelo modelo dinâmico e estão expressos na
tabela 11.
Tabela 11 - Pesos de Evidências para a Variável
Distância de áreas florestadas no cenário inicial
(1989).
Distância (m)
Peso (
W
+
/
W
-
)
0 ≤ x < 120 1.01600085
120 ≤ x < 180 - 0,236475959
180 ≤ x < 240 - 0,762872708
240 ≤ x < 300 - 1,10515579
300 ≤ x < 360 - 1,50087016
360 ≤ x < 540 - 1,98143402
540 ≤ x < 2340 - 2,57232048
Através da tabulação cruzada (crosstab) calculou-se, no software Idrisi Andes
15, os acertos e os erros entre os mapas do uso e cobertura da terra real (2008) e a
simulação 2008, estando os valores apresentados na tabela 12 e os respectivos
mapas na Figura 9 e 10.
Tabela 12 - Diferenças entre o mapa e uso da cobertura da terra
de 2008 (real) e 2008 (simulação).
Legenda Hectares
Permanência de Não Floresta 143.874,36
Erro por omissão 30.002,04
Erro por comissão 29.996,64
Permanência de Floresta 79.589,52
Rios 1.146,24
38
Figura 10 -
Áreas que permaneceram não florestadas
áreas que
permaneceram florestadas
e a simulação
de 2008.
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
a)
b
)
Áreas que permaneceram não florestadas
(a)
permaneceram florestadas
(b)
entre o ano de 2008
de 2008.
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
(a)
e
entre o ano de 2008
39
Figura 11 -
a transição
modelo errou por exagero de simulação
comissão
(b)
2008.
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
a)
b
)
Áreas que o modelo d
inâmico não simulou
a transição
- Erros por omissão (a) e á
reas que o
modelo errou por exagero de simulação
-
Erros por
(b)
entre o ano de 2008 e a simulação de
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
inâmico não simulou
reas que o
Erros por
entre o ano de 2008 e a simulação de
40
Analisando a Tabela 12 e as Figuras 10 e 11 se percebe que os valores
de erro por omissão e comissão são semelhantes, no entanto a localização
deles diferem. Os erros por omissão apresentam-se uniformemente distribuídos
pela bacia, enquanto os erros por comissão concentram-se em áreas com
declividades avançadas.
4.3 Simulação da Paisagem para 2018
Através do programa Fragstat 3.3 verificou-se o tamanho médio dos
fragmentos e a variância dos mesmos que, juntamente com o percentual de
expande/patcher, da simulação 3 do uso e cobertura da terra de 2008, compuseram
as funções de transição para 2018, apresentados na tabela 13.
Tabela 13 - Valores das funções de transição para a
simulação da paisagem em 2018
Função de transição
Valores
Percentual de Expander / Patcher
0,5 / 0,5
Tamanho médio dos fragmentos
15 ha
Variância do tamanho dos fragmentos
125713 ha
Mantidos os pesos de evidências para as duas variáveis utilizadas na
simulação do uso e cobertura da terra de 2008, substituiu-se, no software
DINAMICA 2.4, o mapa uso e cobertura da terra inicial de 1989 com o de 2008 real,
bem como os passos de tempo de 19 para 10 anos, gerando assim o cenário
probabilístico da fragmentação florestal para 2018.
A figura 12 apresenta as modificações na fragmentação florestal a cada passo
de tempo realizado pelo DINAMICA 2.4.
41
Figura 12 -
Configuração da Paisagem a cada passo de tempo gerado
pelo modelo dinâmico
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
2009
2012
2015
2018
Configuração da Paisagem a cada passo de tempo gerado
pelo modelo dinâmico
na bacia hidrográfica do rio Forqueta.
Elaboração: Alexandre Ducatti e Rafael Eckhardt
2010 2011
2013 2014
2016 2017
Configuração da Paisagem a cada passo de tempo gerado
42
4.4 Análise da fragmentação Florestal
4.4.1. Métricas para a classe Área Florestada
A tabela 14 apresenta os índices gerados pelo software Fragstats 3.3 para a
análise do uso e cobertura da terra pela classe Área Florestada referente aos anos
de 1989 e 2008 e ao cenário probabilístico de 2018.
Tabela 14 -. Valores relativos à métrica Área da classe Área Florestada.
Parâmetro
Descrição da
métrica
Ano Área da Classe (ha)
% da
Paisagem
CLASSE Área da classe
1989 60.896,61 21,39
2008 109.597,86 38,51
2018 130.759,92 45,95
Analisando a Tabela 14 verifica-se que aumentou a área da bacia ocupada
pela classe Área Florestada passando de 21,39% em 1989 para 38,51% em 2008.
Para o cenário simulado de 2018 verifica-se que a classe ocupa 45,95% da área
total da bacia, representando um incremento de 19,31%, tendo um aumento médio
anual de 1,9%. A diminuição da taxa de crescimento anual da floresta deve-se
provavelmente a indisponibilidade de áreas que possuam potenciais para
regeneração florestal tais como os centros urbanos e áreas agriculturáveis próximas
a eles.
4.4.2 Métricas dos Fragmentos
A tabela 15 apresenta os índices da fragmentação florestal da bacia
hidrográfica do rio forqueta para os anos de 1989, 2008 e 2018.
43
Tabela 15 -
Métricas dos fragmentos de mata nos anos de 1989, 2008 e 2018
Distância média e
ntre os fragmentos e
padrão (±DP).
Métrica
Número de Fragmentos
Índice do maior fragmento (%)
Distância média entre
fragmentos (m) (±DP)
Média da Forma
dos fragmentos (±DP)
Observa-se que o
número de fragmentos dim
Ocorreu
um decréscimo de 31,1% na quantidade de fragmentos de 1989 (n=10.779)
para 2008 (n=7.432) e na projeção para 2018 o decréscimo é de 69,4%, passando
de 7432 em 2008 para 2275 em 2018. Essa redução na fragmentação florestal é
devido, principalmente, ao proc
fragmentos maiores, conforme verificado na Figura 1
Figura 13 - Fusão de
fragmentos florestais entre os anos de 1989 e 2008
hidrográfica do rio Forqueta
O índice do maior fragmento
paisagem composta pelo maior fragmento, que apresentou aumentos bastante
Métricas dos fragmentos de mata nos anos de 1989, 2008 e 2018
ntre os fragmentos e
F
orma dos fragmentos é indicado
1989 2008
10.779 7.432
Índice do maior fragmento (%)
0,49 6,99
125,88
(87,21)
119,61
(76,03)
1,36
(0,70)
1,31
(1,01)
número de fragmentos dim
inui nos
três anos em estudo.
um decréscimo de 31,1% na quantidade de fragmentos de 1989 (n=10.779)
para 2008 (n=7.432) e na projeção para 2018 o decréscimo é de 69,4%, passando
de 7432 em 2008 para 2275 em 2018. Essa redução na fragmentação florestal é
devido, principalmente, ao proc
esso de fusão de fragmentos vizinhos que origina
fragmentos maiores, conforme verificado na Figura 1
3.
fragmentos florestais entre os anos de 1989 e 2008
hidrográfica do rio Forqueta
.
O índice do maior fragmento
quantifica o percentual da área total da
paisagem composta pelo maior fragmento, que apresentou aumentos bastante
Métricas dos fragmentos de mata nos anos de 1989, 2008 e 2018
. Para a
orma dos fragmentos é indicado
o desvio
2018
2275
41,96
185,02
(93,53)
1,37
(1,58)
três anos em estudo.
um decréscimo de 31,1% na quantidade de fragmentos de 1989 (n=10.779)
para 2008 (n=7.432) e na projeção para 2018 o decréscimo é de 69,4%, passando
de 7432 em 2008 para 2275 em 2018. Essa redução na fragmentação florestal é
esso de fusão de fragmentos vizinhos que origina
fragmentos florestais entre os anos de 1989 e 2008
, na bacia
quantifica o percentual da área total da
paisagem composta pelo maior fragmento, que apresentou aumentos bastante
44
significativos, tanto para o período entre 1989 e 2008, bem como na projeção para
2018, sendo esse também um índic
os fragmentos.
A distância média entre os fragmentos mais próximos demonstrou declínio de
125,87m em 1989 para 119,61m em 2008. O aumento da distância entre fragmentos
vizinhos na projeção para 2018, provavel
número de fragmentos menores que
redução na quantidade de fragmentos menores, e o conseq
tamanho deles, contribuíram para o acréscimo da distância entre eles, co
demonstra a Figura 14.
Figura 14 – Fusão de
fragmentos para cenário simulado para 2018
hidrográfica do rio Forqueta.
A métrica distância média entre fragmentos vizinhos possui grande
importância na
manutenção da biodiversidade, pois quanto menor a distância entre
dois fragmentos, maior
a taxa de recolonização pela imigração de indivíduos de
outras populações e também maior mobilidade de dispersores e polinizadores
(BARROS, 2006).
Segundo
a Teoria da Biogeografia de Ilhas
fragmentos mais próximos de áreas que podem fornecer migrantes, apresentam
maior diversidade. Na teoria das Metapopulações fragmentos pequenos e algumas
vezes mais distantes podem apresentar mais
significativos, tanto para o período entre 1989 e 2008, bem como na projeção para
2018, sendo esse também um índic
e influenciado pela regeneração da matriz entre
A distância média entre os fragmentos mais próximos demonstrou declínio de
125,87m em 1989 para 119,61m em 2008. O aumento da distância entre fragmentos
vizinhos na projeção para 2018, provavel
mente está relacionada à
fusão do grande
número de fragmentos menores que
se apresentavam
em maior número
redução na quantidade de fragmentos menores, e o conseq
u
ente aumento do
tamanho deles, contribuíram para o acréscimo da distância entre eles, co
fragmentos para cenário simulado para 2018
hidrográfica do rio Forqueta.
A métrica distância média entre fragmentos vizinhos possui grande
manutenção da biodiversidade, pois quanto menor a distância entre
a taxa de recolonização pela imigração de indivíduos de
outras populações e também maior mobilidade de dispersores e polinizadores
a Teoria da Biogeografia de Ilhas
(McARTHUR;
WILSON, 1967),
fragmentos mais próximos de áreas que podem fornecer migrantes, apresentam
maior diversidade. Na teoria das Metapopulações fragmentos pequenos e algumas
vezes mais distantes podem apresentar mais
diversidade, dependendo da espécie
significativos, tanto para o período entre 1989 e 2008, bem como na projeção para
e influenciado pela regeneração da matriz entre
A distância média entre os fragmentos mais próximos demonstrou declínio de
125,87m em 1989 para 119,61m em 2008. O aumento da distância entre fragmentos
fusão do grande
em maior número
. Essa
ente aumento do
tamanho deles, contribuíram para o acréscimo da distância entre eles, co
mo
fragmentos para cenário simulado para 2018
, na bacia
A métrica distância média entre fragmentos vizinhos possui grande
manutenção da biodiversidade, pois quanto menor a distância entre
a taxa de recolonização pela imigração de indivíduos de
outras populações e também maior mobilidade de dispersores e polinizadores
WILSON, 1967),
fragmentos mais próximos de áreas que podem fornecer migrantes, apresentam
maior diversidade. Na teoria das Metapopulações fragmentos pequenos e algumas
diversidade, dependendo da espécie
45
estudada, bem como do tamanho da área, fatores como a presença de bordas e a
configuração geral da paisagem (HANSKY et al., 1996).
Constata-se que o isolamento dos fragmentos é relativamente elevado
(>100m). Essa distância é pouco expressiva para alguns grupos de plantas que têm
a dispersão feita por mamíferos de pequeno e médio porte. Porém, para grupos
mais sensíveis, pode ser considerada uma distância limitante para a movimentação
de algumas espécies. Awade e Metzger (2008) observaram que algumas espécies
de aves de sub-bosque evitam cruzar áreas abertas com distâncias superiores a 40
metros. Segundo Janzen (1988) a distância de 180 metros entre os fragmentos pode
ser considerado, em determinadas situações, o limite de dispersão de sementes
pelo vento.
A composição da matriz também interfere nos processos de dispersão,
tornando por vezes pequenas distâncias, entre fragmentos, totalmente
intransponível a fauna ou a anemocoria. Ricketts (2001) verificou que a qualidade
(tipo) de matriz interfere no fluxo de borboletas entre fragmentos de pradaria,
influenciando significativamente no isolamento efetivo das manchas de habitat,
tornando-as mais ou menos isoladas sem considerar a distância entre elas.
Antongiovanni e Metzger (2005) estudaram a influência da matriz de habitats
sobre a ocorrência de sete espécies de aves insetívoras de sub-bosque em
fragmentos florestais na Floresta Amazônica. Os resultados indicaram que as
distâncias a partir da floresta contínua não influenciaram a frequência de ocorrências
das espécies nas áreas de florestas secundárias. As espécies foram mais
frequentes em pequenos fragmentos cercados por Cecropia spp. que por Vismia spp
A métrica média do índice da forma dos fragmentos foi praticamente mantida
(1,36 em 1989, 1,31 em 2008 e 1,37 em 2018) que, pelo índice obtido, indica uma
forma semelhante a um retângulo alongado. Quanto mais o fragmento estiver desta
da forma padrão SHAPE =1 (quadrado) mais irregular se torna e, portanto mais
suscetível aos efeitos da borda, principalmente os menores fragmentos que
possuem pequena área central (PÉRICO; CEMIN. 2006).
A tabela 16 relaciona a quantidade de fragmentos com o índice SHAPE nos
três anos em estudo.
46
Tabela 16 - Valores relativos a forma dos fragmentos florestais.
SHAPE
1989 2008 2018
Nº frag. % Nº frag. % Nº frag. %
1 4563 42,33 3320 44,67 1047 46,02
1 a 2 5230 48,52 3623 48,75 1019 44,79
2 a 3 688 6,38 361 4,86 152 6,68
3 a 4 151 1,4 70 0,94 34 1,49
4 a 5 69 0,64 20 0,27 16 0,7
5 a 100 78 0,72 38 0,51 7 0,31
Total 10779 100 7432 100 2275 100
Com a análise da tabela 16 percebe-se que nos anos de 1989 e 2008, quase
metade dos fragmentos (42,33 e 44,67% respectivamente) possuíam a forma de um
quadrado. Para formas variando entre SHAPE = 1 e 2 as porcentagens se
mantiveram praticamente constantes, no entanto todos índices maiores que 2, que
indicam fragmentos com formas complexas, demonstram decaimento em 2008,
devido provavelmente ao incremento no número de fragmentos com SHAPE=1.
A projeção do cenário para 2018 indica uma composição dos fragmentos
semelhante à paisagem de 1989. Ambos os anos apresentam aproximadamente
90% dos fragmentos com SHAPE variando de 1 a 2; indicando que a maioria das
machas florestais se apresentam na forma de quadrados a retângulos alongados.
As formas mais complexas (SHAPE= 2 a 5) também apresentam-se em
percentuais semelhantes
4.4.3 Tamanho dos Fragmentos.
Analisando a tabela 17 verifica-se que a grande proporção de fragmentos
concentra-se com tamanho entre menor que 1 e 10ha, 92,38% em 1989, 93,16% em
2008 e 91,65% previsto para 2018.
47
Tabela 17 - Valores relativos ao tamanho dos fragmentos florestais.
Área (ha)
1989 2008
2018
nº frag. % Nº frag. % nº frag. %
< 1 6718 62,32 4559 61,34 1056 46,42
1 a 10 3240 30,06 2365 31,82 1029 45,23
10 a 20 354 3,28 228 3,07 88 3,87
20 a 30 133 1,23 93 1,25 42 1,85
30 a 40 68 0,63 49 0,66 20 0,88
40 a 50 52 0,48 23 0,31 7 0,31
> 50 214 1,99 115 1,55
33 1,45
TOTAL 10779 100 7432 100 2275 100
Ocorreu diminuição no número total de fragmentos, entre 1989 e 2008, na
maioria das faixas de tamanho de fragmentos analisadas, no entanto as reduções
significativas (χ
2
= 13,706, p < 0,0331) encontram-se nos fragmentos compreendidos
entre 1 a 10ha e maiores que 50ha.
No cenário simulado para 2018, verifica-se alterações significativas (χ
2
=
165,798, p < 0,0001) na redução da quantidade de fragmentos menores que 1ha, e
aumento no número de fragmentos possuindo de 1 a 10ha e de 20 a 30ha.
Ocorreu uma diminuição significativa no número total de fragmentos (X² =
237,055, p < 0,0001), apresentando redução de 31,1% de 1989 a 2008 e 69,4% de
2008 a 2018, mas não um aumento geral no tamanho dos mesmos.
Nos fragmentos compreendidos entre 1 e 10 ha é registrado um decréscimo
de 875 fragmentos, no entanto em relação ao total de fragmentos da bacia esse
grupo aumentou, passando de 30,06% a 31,82% sugerindo a fusão de fragmentos
menores entre 1989 e 2008. Na projeção para 2018, os fragmentos dessa faixa
também apresentam uma diminuição de 1336 unidades, e a sua porcentagem em
relação ao total de fragmentos aumenta de 31,82% (2008) para 45,23% (2018)
representando um aumento significativo em fragmentos com até 10 ha. A mesma
significância observa-se com os fragmentos que possuem área compreendida entre
20 e 30 ha.
48
Se o grupo dos fragmentos maiores que 50 ha (> 50) for analisado também
verifica-se um decréscimo no percentual de fragmentos nos três anos em estudo. A
distribuição, em porcentagem, está expressa na tabela 18.
Tabela 18 - Percentual de fragmentos em
relação a área da bacia.
Área (ha) 1989 (%) 2008 (%) 2018 (%)
50 a 150 1,35 0,93 0,73
150 a 250 0,31 0,2 0,04
250 a 350 0,15 0,09 0,09
350 a 450 0,03 0,09 -
> 450 0,15 0,23 0,13
Conforme aumenta a área dos fragmentos esses se tornam mais raros e
assim, representam uma fração menor da cobertura vegetal da bacia. Esses índices
indicam há existência de poucas áreas-fontes para a manutenção das populações
estabelecidas em fragmentos menores.
Para Forman e Godron (1986) os grandes são importantes para a
manutenção da biodiversidade e de processos ecológicos em larga escala, enquanto
que os pequenos fragmentos atuam como elementos de conectividade entre
grandes áreas, favorecendo o fluxo de fauna e flora.
A Tabela 19 apresenta valores relativos à área média e a densidade dos
fragmentos nos três anos em estudo.
Tabela 19 - Valores relativos a Densidade e a Área Média dos
fragmentos.
Ano
Densidade de Fragmentos
(nº/100 ha)
Área Média dos
Fragmentos (ha) (±DP)
1989
3,78 5,65 (33,88)
2008
2,61 14,75 (354,56)
2018
0,80 57,48 (1887,61)
49
Entre os três anos estudados houve um aumento considerável na área média
dos fragmentos, indicando que unidades menores fusionaram-se originando áreas
florestais de maior tamanho. Esse índice é validado pela densidade de fragmentos,
que apresenta diminuição também nos três anos, indicando que numa mesma área
observada em períodos diferentes, o número de fragmentos diminui, devido à união
entre eles.
4.4.4 Métricas das áreas centrais dos fragmentos
A quantidade de áreas centrais de fragmentos que uma paisagem apresenta,
reflete a qualidade dos diversos habitats no interior dos fragmentos, pois é afetada
pelas variações físicas e bióticas proporcionadas pelo efeito de borda.
A Tabela 20 apresenta os valores referentes à métrica Área Central dos
Fragmentos, sendo a profundidade da borda de 30m a partir da margem do
fragmento.
Tabela 20 - Valores relativos as áreas centrais dos fragmentos.
Ano 1989 2008 2018
Total de áreas centrais (ha) 35.115,30 77.439,51
92.564,01
Média áreas centrais (ha) (±DP)
3,26
(23,52)
10,42
(270,43)
40,69
(1371,67)
Percentual áreas centrais
12,34 27,20 32,52
Percentual de áreas centrais em
relação a classe floresta
57,67 70,65 70,78
Analisando a tabela 20 verifica-se um aumento significativo (χ² = 80,531, p <
0,0001) da área central entre os três anos estudados, sendo o maior incremento
entre 1989 a 2008, em que o acréscimo foi de aproximadamente 120%, com uma
taxa média de 6,4% por ano.
O cenário simulado para 2018 também apresenta aumento da área central
dos fragmentos, no entanto não tão expressiva, sendo o incremento de 19,5% em 10
anos.
50
A Tabela 21 apresenta o número de fragmentos e a quantidade de área
central.
Tabela 21 - Relação da quantidade de fragmentos e área central
Área Central (ha)
1989 2008 2018
nº frag. % nº frag. % nº frag. %
0 5814 53,94 3631 48,86 1145 50,33
< de 1 2973 27,58 2375 31,96 652 28,66
1 a 10 1496 13,88 1109 14,92 380 16,70
10 a 20 189 1,75 142 1,91 51 2,24
20 a 30 95 0,88 51 0,69 23 1,01
30 a 40 41 0,38 26 0,35 4 0,18
40 a 50 30 0,28 14 0,19 6 0,26
> 50 141 1,31 84 1,13 14 0,62
Total 10779 100 7432 100 2275 100
Verificando a Tabela 21 conclui-se que, entre 1989 e 2008, diminuiu 37,5% a
quantidade de fragmentos sem área central. As faixas de fragmentos que
demonstraram aumentos significativos de área central (χ² = 59,32 p < 0,0001)
ocorreram entre áreas com menos de 1 ha e de 1 a 10 ha.
A modelagem para 2018 apresenta um aumento, no entanto não significativo,
de fragmentos sem área central (50,3%), representando mais a metade de todos os
fragmentos existentes.
Com exceção das faixas de fragmentos menores de 1ha e de 30 a 40ha,
todas as outras faixas apresentam aumento no número de fragmentos, no entanto o
grupo de fragmentos que demonstra aumento significativo (χ
2
= 20,574, p < 0,0045)
possui áreas centrais compreendidas entre nos de 1 a 10ha.
51
51
5. DISCUSSÃO E CONCLUSÕES
5.1 Fragmentação florestal em 1989
Os resultados obtidos mostram que a fragmentação florestal da bacia, em
1989, apresentava-se muito acentuada com apenas 21,39% da área total sendo
ocupada por vegetação florestal.
Com um total de 10779 fragmentos, mais de 62 % deles não possuíam 1 ha e
aproximadamente 54% do total, não apresentavam área central. Com a média das
áreas centrais próximo a 3,3% a qualidade ambiental da bacia demonstrava-se
muito baixa, pois conforme cita Pardini et al. (2005) a diversidade e abundância de
pequenos mamíferos, em fragmentos pequenos (<5 ha) e médios (10-50 ha),
apresentam-se mais baixos quando comparados aos grandes (50 ha). Por
possuírem área reduzida e grande representatividade na paisagem, os fragmentos
menores poderiam estar funcionando como pequenos refúgios para a fauna em
trânsito entre os remanescentes maiores, quando a matriz permitisse.
Périco et al (2006) cita que ambientes heterogêneos podem indicar
possibilidades de nichos abertos e consequentemente o estabelecimento de uma
maior diversidade de espécies, principalmente espécies especialistas e invasoras.
Por outro lado, ambientes homogêneos tendem a apresentar espécies mais
sensíveis à fragmentação, que podem necessitar de habitats maiores e mais
estáveis.
Sendo os grandes fragmentos importantes como áreas-fonte para a
manutenção da biodiversidade, a área em estudo não dispunha, em grande escala,
desse recurso, visto que o índice do maior fragmento é bastante baixo,
representando 0,49% da área total da bacia, sem contabilizar a profundidade da
área de borda.
5.2 Fragmentação florestal em 2008
A cobertura florestal demonstrou um aumento significativo, passando de
21,39% em 1989 a 38,51% em 2008 da área total da bacia. Houve diminuição no
número de fragmentos, de 10779 para 7432, no entanto a quantidade com área
inferior a 1 ha permaneceu próximo ao ano de 1989 com 61,34%. As faixas de área
de fragmentos que aumentaram foram os que possuem de 1 a 10 ha e os de mais
de 450 ha.
O que ocorreu foi a união de pequenos fragmentos (< 1ha) e a formação de
fragmentos entre 1 e 10ha. Considerando o tamanho médio das propriedades rurais
na bacia aproximadamente 13,5 ha essas áreas devem ser de regeneração de
lavouras ou de pastagens.
A regeneração ocorreu por toda a bacia, no entanto no norte onde se
encontram áreas de vegetação campestre (campos) e no sudeste, onde observa-se
grande atividade agrícola, ocorreu pouco incremento de áreas florestadas.
Para a análise do padrão da paisagem, Reunanen (2001) afirma que a
qualidade da matriz é fator importante, pois implica na dinâmica das populações do
sistema.
Baum et al, (2004) verificaram que em uma matriz que apresenta baixa
resistência (facilita a altas taxas de dispersão entre fragmentos), tanto trampolins
como corredores promoveram alta conectividade, aumentando o número de
colonizações por três vezes em relação ao fragmentos separados apenas pela
matriz.
A quantidade de fragmentos sem área central demonstrou queda de 37,5%
entre os dois anos e o valor médio das áreas centrais aumentou para 10,42 ha.
53
Esses valores indicam que a qualidade dos processos ecológicos ocorrentes na
bacia demonstrou melhoria entre 1989 e 2008. Os fragmentos maiores dispõem de
mais áreas para a manutenção das espécies, bem como maior diversidade de
habitats (FORMAN; GODRON, 1986)
A grande diminuição no número de fragmentos e a constância no número de
fragmentos com menos de 1 ha indicam que a união de fragmentos ocorreu,
principalmente, em áreas com declividades maiores (com matriz de baixa
resistência), permanecendo os fragmentos com menos de 1 há pois,
provavelmente, estão inseridos em matriz urbana, agricultura ou campo com
araucárias (matriz de alta resistência).
O índice do maior fragmento apresentou um aumento, passando de 0,49%
em 1989 para 6,99%, da área da bacia, em 2008. Metzger (2003) cita que a
substituição de uma matriz pouco permeável (baixa similaridade com o habitat) por
uma matriz mais permeável (alta similaridade) pode favorecer a manutenção de
espécies, na medida em que exista um fragmento maior onde as populações
possam permanecer de forma estável.
A distância entre fragmentos vizinhos também demonstrou declínio, tanto na
média (119,61m) quanto no desvio padrão (76.03m). Esse índice aliado ao aumento
no valor médio das áreas centrais demonstram favorecimento aos processos de
polinização e dispersão, bem como o fluxo da fauna entre as machas florestais.
5.3 Fragmentação Florestal em 2018
A simulação da fragmentação florestal para 2018 demonstra uma diminuição
bastante significativa na quantidade de fragmentos (queda de 69,4% entre 2008 a
2018), no entanto eles não apresentam aumentos de área relevantes. Isso se deve,
provavelmente, a união de fragmentos menores por pequenas frações de florestas,
como pode ser observado na Figura 15.
54
Figura 15 - União de
fragmentos florestais
.
Esses estreitos pontos de ligações
podem atuar como corredores ecológicos e dessa forma serem peças importantes
para planos de manejo e de conservação da biodiversidade.
comprovaram que manchas conectadas por corredores conservam e
vegetais nativas mais do que fragmentos isolados, e que esta diferença aumenta
com o tempo, além de que os corredores não promovem a invasão por espécies
exóticas.
Nos três anos analisados, mais de 90 % dos fragmentos demonstram área
compreendida entre menor que 1ha até 10ha, no entanto
espera-se uma
menor percentagem (91,65%) e a quantidade de fragmentos diminui
para fragmentos menores
assemelha ao verificado entre 1989 e 2008 indicando que a reorganização florestal
da bacia se dá
a partir de pequenos fragmentos.
O índice do maior fragmento apresenta grande aumento, passando de 6,99%
e
m 2008 para 41,96% da área da bacia. Esse valor indica que
probabilístico,
há um fragmento ocupando uma área pouco inferior a metade do total
da bacia, no entanto esse fragmento apresenta 1879 áreas centrais, e o maior índice
SHAPE = 92,34. Ess
es valores mostram que apesar do fragmento apresentar
fragmentos florestais
, na bacia hidrográfica do rio Forqueta.
Esses estreitos pontos de ligações
entre fragmentos de diversos tamanhos
podem atuar como corredores ecológicos e dessa forma serem peças importantes
para planos de manejo e de conservação da biodiversidade.
Damschen
comprovaram que manchas conectadas por corredores conservam e
vegetais nativas mais do que fragmentos isolados, e que esta diferença aumenta
com o tempo, além de que os corredores não promovem a invasão por espécies
Nos três anos analisados, mais de 90 % dos fragmentos demonstram área
compreendida entre menor que 1ha até 10ha, no entanto
na projeção para
menor percentagem (91,65%) e a quantidade de fragmentos diminui
de 1ha e
aumenta em de 1 a 10ha. Esse processo se
assemelha ao verificado entre 1989 e 2008 indicando que a reorganização florestal
a partir de pequenos fragmentos.
O índice do maior fragmento apresenta grande aumento, passando de 6,99%
m 2008 para 41,96% da área da bacia. Esse valor indica que
há um fragmento ocupando uma área pouco inferior a metade do total
da bacia, no entanto esse fragmento apresenta 1879 áreas centrais, e o maior índice
es valores mostram que apesar do fragmento apresentar
, na bacia hidrográfica do rio Forqueta.
entre fragmentos de diversos tamanhos
podem atuar como corredores ecológicos e dessa forma serem peças importantes
Damschen
et al (2006)
comprovaram que manchas conectadas por corredores conservam e
spécies
vegetais nativas mais do que fragmentos isolados, e que esta diferença aumenta
com o tempo, além de que os corredores não promovem a invasão por espécies
Nos três anos analisados, mais de 90 % dos fragmentos demonstram área
na projeção para
2018
menor percentagem (91,65%) e a quantidade de fragmentos diminui
aumenta em de 1 a 10ha. Esse processo se
assemelha ao verificado entre 1989 e 2008 indicando que a reorganização florestal
O índice do maior fragmento apresenta grande aumento, passando de 6,99%
m 2008 para 41,96% da área da bacia. Esse valor indica que
, no cenário
há um fragmento ocupando uma área pouco inferior a metade do total
da bacia, no entanto esse fragmento apresenta 1879 áreas centrais, e o maior índice
es valores mostram que apesar do fragmento apresentar
55
grande área florestada, demonstra ser também muito recortado (VOLOTÃO, 1998) e
sofrendo influência do efeito de borda por apresentar elevado número de áreas
centrais. O mesmo autor cita ainda que certos fragmentos podem possuir área
suficiente para possuir uma dada espécie, mas não ter área central capaz de
permitir uma manutenção eficiente daquela espécie.
Verifica-se um aumento de área central em relação a bacia (32,52%) mas em
relação a Classe Área Florestada os valores se mantêm constantes (2008 - 70,65%
e 2018 – 70, 78%). Essa diferença demonstra que o aumento da classe Área
Florestada, entre 2008 e 2018, não favoreceu o aumento de áreas centrais, mas sim
áreas expostas aos efeitos de borda, possivelmente estreitos corredores ecológicos.
A quantidade de fragmentos sem área central aumentou entre 2008 e 2018
(48,86% e 50,33%, respectivamente) bem como para o índice SHAPE, que
apresenta alterações significativas na redução de fragmentos variando entre 1 e 2
(retângulo alongado) e aumento nos fragmentos variando nas classes 2 até 5
(formas complexas), indicando fragmentos bastante recortados e com pouca área
(VOLOTÃO, 1998). Dessa forma, os fragmentos apresentam poucas áreas centrais,
devido ao grande perímetro e área que possuem.
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