Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro
Escola Nacional de Botânica Tropical
Mestrado Profissional em
Biodiversidade em Unidades de Conservação
Trabalho de Conclusão
Análise de Fragmentação Florestal no município de Silva
Jardim, APA do Rio São João, RJ.
Livia dos Santos Abdalla
Rio de Janeiro
2014
ii
Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro
Escola Nacional de Botânica Tropical
Mestrado Profissional em
Biodiversidade em Unidades de Conservação
Análise de Fragmentação Florestal no município de Silva
Jardim, APA do Rio São João, RJ.
Livia dos Santos Abdalla
Trabalho de Conclusão apresentado ao Programa de Mestrado Profissional em Biodiversidade em Unidades de Conservação da Escola Nacional de Botânica Tropical, Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Biodiversidade em Unidades de Conservação.
Orientador: Carla Bernadete Madureira
Cruz
Rio de Janeiro
2014
iii
Análise de Fragmentação Florestal no município de Silva
Jardim, APA do Rio São João, RJ.
Livia dos Santos Abdalla
Trabalho de Conclusão apresentado ao Programa de Mestrado
Profissional em Biodiversidade em Unidades de Conservação da Escola
Nacional de Botânica Tropical, Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de
Mestre em Biodiversidade em Unidades de Conservação.
Aprovado por:
Prof. Dr. Carla Bernadete Madureira Cruz (Orientadora): ______________
Prof. Dr. Claudio Belmonte de Athayde Bohrer: ____________________
Prof. Dr. Marinez Ferreira de Siqueira: _____________________________
Em 17/02/ 2014
Rio de Janeiro
2014
iv Abdalla, Livia dos Santos.
A135a Análise de Fragmentação Florestal no município de Silva Jardim, APA do Rio São João, RJ. / Livia dos Santos Abdalla. – Rio de Janeiro, 2014. ?viii, 50 f.: il. 28 cm.
Trabalho de conclusão (Mestrado Profissional em Biodiversidade em Unidades de Conservação). – Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro / Escola Nacional de Botânica Tropical, 2014.
Orientadora: Carla Bernadete Madureira Cruz. Bibliografia.
1. Fragmentação florestal. 2. Mata Atlântica. 3. Área de Proteção Ambiental da Bacia do Rio São João (RJ). 4. Silva Jardim (RJ). 5. Rio de
Janeiro (Estado). I. Título. II. Escola Nacional de Botânica Tropical.
v AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Sonia e Wagner pelo amor, incentivo e enorme paciência, sem os quais não conseguiria concluir mais essa etapa.
À minha irmã Aline pela amizade, apoio e preocupação constante.
Ao meu noivo Guilherme pelo companheirismo, calma, compreensão e carinho sem fim.
À minha orientadora, Prof. Dr. Carla Madureira, pela confiança depositada, aceitando me orientar mesmo sabendo a insanidade que seria fazer dois mestrados ao mesmo tempo. Muito obrigada pela dedicação, atenção e por suas ideias brilhantes!
Aos amigos da Fiocruz, em especial a Marcia Chame e Marianna Cavalheiro pelos conselhos, abraços e momentos de descontração.
Aos meus amigos do mestrado profissional em Biodiversidade em Unidades de Conservação (Rita, Aline, Izar, Leandro, Gabriela, Fernando, Sandro, Kika, Priscila, Camila, Silvia e João), estar ao lado de vocês foi uma experiência muito divertida e enriquecedora.
Aos funcionários da Escola Nacional de Botânica Tropical (ENBT/JBRJ) pela simpatia e alegria distribuídas entre as conversas do dia a dia.
Enfim, a todos os meus amigos e familiares que sempre acreditaram e contribuíram de alguma forma para o melhor andamento e conclusão deste trabalho.
vi RESUMO
A fragmentação florestal é resultado do estabelecimento de atividades desordenadas de uso e ocupação da terra, que resultam diretamente na perda da biodiversidade. A paisagem atual da Mata Atlântica encontra-se bastante fragmentada e desconectada. Nesse sentido, este trabalho teve como objetivo principal a caracterização da estrutura da paisagem do município de Silva Jardim, o qual está totalmente inserido no domínio do bioma Mata Atlântica, a partir das métricas (tamanho, forma, borda, área central e proximidade) dos fragmentos florestais maiores que 100 m². Para tanto foi utilizado mapeamento em grande escala (1:10.000) referente ao ano de 2010. A partir da análise das métricas de área se identificou enorme variabilidade com relação ao tamanho dos fragmentos florestais, sendo os mesmos divididos em cinco classes de tamanho (muito pequeno, pequeno, médio, grande e muito grande). As métricas de forma revelaram a tendência geral de fragmentos bastante irregulares, o que sugere mais vulnerabilidade quanto ao efeito de borda. As métricas de borda indicaram menores efeitos de bordas nos fragmentos médios e grandes, o que revela maior conservação da biodiversidade desses fragmentos. As métricas de área central complementam a ideia dos fragmentos florestais com tamanhos maiores estarem menos vulneráveis, visto que o tamanho das áreas centrais desses fragmentos tornam esses fragmentos ecologicamente viáveis, fazendo a compensação dos efeitos de bordas. As métricas de proximidade indicaram uma proximidade global dos fragmentos, efeito este promovido pelos fragmentos muito pequenos, o que facilita as interações ecológicas da flora e a circulação da fauna. No que se refere as classes de uso da terra mais frequentes nas margens dos fragmentos florestais, a classe pastagem foi a predominante, contribuindo adicionalmente para esta ter sido considerada o elemento matriz da paisagem estudada. Sobre as médias de altimetria e declividade, identificou-se que os fragmentos com dimensões menores localizam-se em áreas de baixa altimetria e declividade plana, enquanto que os maiores fragmentos são encontrados nas áreas de maior altimetria e declividade mais montanhosa. Esse padrão de distribuição das classes de tamanho dos fragmentos é explicado fundamentalmente pela prática de atividades agrícolas e de pecuária extensiva nas áreas mais planas e de baixada da região.
Palavras chave: Mata Atlântica, fragmentos florestais, mapeamento em grande escala,
vii ABSTRACT
Forest fragmentation is a result of the establishment of disorderly activities of land use and occupation which directly leads to biodiversity loss. The current landscape of the Atlantic Forest is fragmented and disconnected, therefore, this study aimed to characterize the landscape structure of the municipality of Silva Jardim, which is completely inserted in the domain of Atlantic Forest biome from the metrics (size, shape, edge, core area and proximity) larger than 100 m² of forest fragments. To achieve the characterization, a large-scale (1:10.000) mapping of the year of 2010 was used. The analysis of the metrics identified a large variability in size among the forest fragments, what lead into dividing the fragments into five different size classes (very small, small, medium, large and extra large). The shape metrics showed the fragments to be irregular, suggesting vulnerability related to the edge effect. The edge metrics indicated lower edge effects in the medium and large fragments, which shows greater biodiversity conservation of these fragments. The core area metrics complement the idea that larger fragments are less vulnerable once the size of their central areas compensate the edge effect and, therefore, make them ecologically viable. The proximity metrics indicated an overall proximity of the fragments, and effect due to the very small fragments, that on one hand facilitates the ecological interactions of flora and fauna movements. Regarding the land use classes most frequently observed on the banks of forest fragments, pasture was the predominant class, contributing to this class to be considered the matrix element of the studied landscape. Concerning average of altimetry and slope, it was observed that the smaller fragments were at lower altitudes flat slope, while the larger fragments were at higher altitudes mountainous slopes. This pattern of distribution of fragment size classes is mainly justified by the agricultural and extensive livestock activities in flatter and lower areas of the region.
viii SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 9 1.1 Contextualização ... 9 1.2 Objetivo geral ... 10 1.3 Objetivos específicos ... 10 1.4 Justificativa ... 10 2. REVISÃO DA LITERATURA ... 11
2.1 A Mata Atlântica e seu estágio de fragmentação ... 11
2.2 Ecologia da paisagem ... 13
2.3 Estrutura da paisagem ... 13
2.4 Métricas da paisagem ... 14
2.4.1 Índices de área ... 15
2.4.2 Índices de densidade e tamanho ... 15
2.4.3 Índices de forma ... 17
2.4.4 Índices de borda ... 19
2.4.5 Índices de área central ... 20
2.4.6 Índices de proximidade ... 21
2.5 Sistema de Informação Geográfica (SIG) na produção das métricas ... 22
2.6 Sensoriamento Remoto (SR) e o mapeamento de uso e cobertura da terra ... 23
3 - METODOLOGIA ... 25
3.1 Área de estudo ... 25
3.2 Materiais ... 28
3.3 Classificação da imagem ... 29
3.4 Produção das métricas dos fragmentos ... 30
3.5 Análise integrada dos fragmentos com a paisagem ... 32
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 35
4.1 Mapa de uso e cobertura da terra ... 35
4.2 Análise das métricas ... 38
4.3 Análise dos fragmentos integrada com a paisagem ... 47
5. CONCLUSÕES ... 52
9 1. INTRODUÇÃO
1.1 Contextualização
A fragmentação florestal é resultado do estabelecimento de atividades desordenadas de uso e ocupação da terra, que resultam diretamente na perda da biodiversidade. O processo de fragmentação resulta em paisagens caracterizadas pela pouca diversidade de hábitats e dimensões florestais reduzidas.
Um fragmento florestal pode ser definido como uma área de vegetação natural interrompida por barreiras antrópicas ou naturais (ex.: estradas, povoados, culturas agrícolas e florestais, pastagens, montanhas, lagos, represas) capazes de diminuir significativamente o fluxo de animais, pólen e sementes (Viana, 1990). Percebe-se assim que os padrões dos elementos que compõem a paisagem influenciam significativamente nos processos ecológicos.
A paisagem é definida como uma determinada porção do espaço que resulta da combinação dinâmica dos elementos físicos, biológicos e antrópicos, os quais interagindo dialeticamente uns sobre os outros formam um conjunto único e indissociável em perpétua evolução (Bertrand, 1982).
O conhecimento sobre o estágio de fragmentação florestal de uma paisagem, permite diagnosticar problemas atuais e direcionar políticas de gestão ambiental eficazes quanto ao manejo do local. As informações que subsidiam o conhecimento podem ser adquiridas por estudos estruturais da paisagem, que utilizam de métricas ou índices de ecologia.
Muitas dessas métricas podem ser produzidas a partir de técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto. O uso integrado de mapas de uso e cobertura da terra, por classificação de imagens de alta resolução espacial, com ferramentas de análise espacial, disponibilizadas em Sistemas de Informações Geográficas (SIGs), permitem a detecção precisa dos fragmentos remanescentes, seus estágios de conservação e a identificação de usos da terra conflitantes com a legislação ambiental vigente (Brito et al., 2007; Oliveira et al., 2008).
Em estudos da paisagem deve-se atentar para a escala de mapeamento do uso e cobertura da terra, visto que, dependendo da escala, alguns elementos com dimensões reduzidas, como pequenos fragmentos florestais, podem não ser identificados. Segundo Cardoso et al. (2009) é extremamente relevante que iniciativas de mapeamento em
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escalas maiores possam ser efetuadas, visando uma análise mais detalhada da fragmentação.
Com a mudança de escala os resultados das métricas de fragmentação em um mesmo local, apresentam significativas diferenças. Segundo Lacoste (2002) a "realidade" aparece diferente segundo a escala de representação e os níveis de análises.
Nesse sentido, esta pesquisa buscou caracterizar a estrutura da paisagem do município de Silva Jardim, RJ, a partir de mapeamento de grande detalhe, com ênfase nas métricas dos fragmentos florestais de Mata Atlântica, considerando o ano de 2010 e a escala 1:10.000 na produção dos dados.
1.2 Objetivo geral
Caracterizar a estrutura da paisagem do município de Silva Jardim, através da análise das métricas de áreas, forma, borda, conectividade e área central dos fragmentos florestais maiores que 100 m². Buscando com isso identificar o grau de conservação ou fragilidade dos seus remanescentes florestais
1.3 Objetivos específicos
a) Elaborar o mapa de uso e cobertura da terra do município de Silva Jardim, na escala 1:10.000 referente ao ano de 2010;
b) Quantificar e analisar as métricas de área, forma, borda, conectividade e área central dos fragmentos florestais maiores que 100 m²;
c) Correlacionar informações de uso da terra e topografia com classes de tamanho dos fragmentos florestais encontrados.
1.4 Justificativa
O município de Silva Jardim tem importância estratégica na preservação das florestas remanescentes, pois está quase que em sua totalidade, inserido na Área de Proteção Ambiental (APA) do Rio São João, considerada área prioritária para conservação ambiental, segundo o Ministério do Meio Ambiente (2006).
As análises de fragmentação realizadas tem como base o mapeamento em escala de grande detalhe (1:10.000), não comumente realizado pelas instituições de gestão ambiental do local, trazendo assim informações recentes e precisas do município.
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Nesse sentido, estudos que caracterizam a estrutura da paisagem do município e analisam o grau de conservação ou fragilidade dos seus remanescentes florestais, contribuem bastante para a elaboração de estratégias de recuperação e manejo dos fragmentos, e para as tomadas de decisão das políticas locais de preservação ambiental.
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1 A Mata Atlântica e seu estágio de fragmentação
O bioma Mata Atlântica possui variação de mais de 23° em latitude, pertencendo a 15 estados brasileiros distribuídos entre as regiões sul, sudeste, centro-oeste e nordeste. Possui grande diversidade de fitofisionomias e complexidade de aspectos bióticos, como grande amplitude altimétrica, regime pluviométrico intenso e temperaturas médias a elevadas; compreendendo uma importante parcela da biodiversidade do país.
Estende-se por uma diversidade de formas de relevo, abrangendo cadeias de montanhas, platôs, vales e planícies de toda a faixa continental atlântica leste brasileira (Gomes et al., 2009).
A Mata Atlântica caracteriza-se como um diversificado mosaico de ecossistemas florestais, diferenciados em suas estruturas e composições florísticas, tendo como elemento comum a influência dos ventos úmidos oriundos do Oceano Atlântico (Bohrer, 2012).
Predominam diversos tipos florestais como Florestas Ombrófila Densa, Estacional Semidecidual e Mista, conforme a classificação da vegetação brasileira desenvolvida pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), a partir dos levantamentos e mapeamentos feitos pelo Projeto RADAMBRASIL.
Abriga muitas espécies endêmicas e a maior parte das espécies ameaçadas de extinção da fauna e flora brasileira. Seus remanescentes englobam um diversificado conjunto de ecossistemas florestais, com estrutura e composição florística diferenciadas.
Originalmente, a Mata Atlântica recobria boa parte da região costeira do Brasil (cerca de 12% do território nacional). Aproximadamente 70% da população brasileira ocupa a porção do território situada no domínio da Mata Atlântica e, em consequência,
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apenas uma pequena parte da sua área (entre 11% a 20%) permanece com sua cobertura vegetal original (figura 1), representada por fragmentos florestais de diferentes tamanhos, a maior parte com área inferior a 1000 ha (Bohrer, 2012).
Figura 1: Remanescentes florestais do bioma Mata Atlântica
A paisagem atual desta região encontra-se bastante fragmentada e desconectada, representada em sua quase totalidade por pequenas manchas florestais, isoladas e impactadas, circundadas por extensas matrizes antrópicas como pastos, monoculturas e áreas de desenvolvimento urbano (Fundação SOS Mata Atlântica, 2002). Como consequência da fragmentação, tem-se a perda de área do habitat natural, a modificação da dinâmica biológica, a maior dificuldade na manutenção da diversidade biológica e na passagem da fauna que cruzam os espaços entre os fragmentos.
Nesse sentido, a recuperação de fragmentos florestais em ambientes naturais intensamente impactados, tem se destacado cada vez mais como uma forma de reverter a atual situação de degradação ambiental, promovendo a conservação da biodiversidade e dos recursos naturais para uso das gerações presentes e futuras (Wuethrich, 2007; Benayas et al., 2009).
13 2.2 Ecologia da paisagem
A ecologia da paisagem pode ser considerada como o estudo integrado dos padrões texturais da paisagem e dos processos de que resultaram (Bunce e Jongman, 1993), surgindo assim como uma importante disciplina no estudo da estrutura, da função e das mudanças da paisagem (Naveh e Lieberman, 1989).
O termo ecologia da paisagem ou geoecologia, segundo Huggett (1995), tem suas origens no trabalho do geógrafo alemão Carl Troll em 1938, que vê a geoecologia como a união entre a geografia, enquanto estudo da paisagem, com a biologia, enquanto estudo da ecologia. A perspectiva do geógrafo trazia a idéia de não se restringir apenas às paisagens naturais, mas também focalizar as paisagens incluindo o homem.
Já segundo Pereira et al. (2001), a ecologia da paisagem baseia-se na premissa de que os padrões dos elementos da paisagem influenciam significativamente os processos ecológicos. Assim, a capacidade de quantificar a estrutura da paisagem é um pré-requisito para o estudo da função e mudança de paisagem.
2.3 Estrutura da paisagem
O conceito de estrutura da paisagem trabalha com as feições espaciais/estruturais observáveis e mensuráveis na paisagem, e caracteriza as suas condições, seu desenvolvimento e sua mudança temporal (Lang e Blaschke, 2009).
Diferentes autores explicam o conceito de estrutura da paisagem (Forman e Godron, 1986; Gardner et al., 1987; Milne, 1988; O’neill et al., 1988; Turner, 1990; Lagro, 1991). Dentre esses se destaca Metzger (2001) por tratar a estrutura da paisagem de maneira simplificada, sendo esta composta pelos elementos: fragmento, corredor e matriz.
Os fragmentos, também descritos como manchas são os menores elementos observáveis da paisagem. São considerados como unidade espacial elementar da paisagem estudada (Turner e Gardner, 2001). São superfícies não lineares, que estão inseridas na matriz e diferem em aparência do seu entorno, variam de tamanho, forma, tipo de heterogeneidade e limites (Forman e Godron, 1986). Kotliar e Wiens (1990) complementam que os fragmentos são dinâmicos, ocorrem em diferentes escalas temporais e espaciais e possuem uma estrutura interna.
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Os corredores se apresentam como estruturas lineares, que contribuem significativamente para a circulação de espécies animais, aumento da variedade de espécies e do conjunto de indivíduos. A manutenção e a implantação de corredores, com vegetação nativa, são consideradas por Metzger (1999) como uma das formas de amenizar as perdas causadas pela fragmentação, com a finalidade de favorecer o fluxo gênico entre os fragmentos florestais e servir como refúgio para a fauna.
A matriz representa o elemento com maior conectividade e de maior extensão na paisagem e que tem maior influência no funcionamento dos outros ecossistemas. Forman e Gordon (1986) definem matriz como um elemento estendido da paisagem, relativamente homogêneo, que inclui manchas e corredores, desempenhando um papel relevante para o fluxo de energia, o ciclo das substancias e o regime das espécies na paisagem.
O conhecimento dos elementos ou componentes de uma paisagem é essencial para a caracterização de sua estrutura e para a identificação de seus padrões. Nesse sentido, foram desenvolvidos diferentes métodos designados medidas da estrutura da paisagem (métricas).
2.4 Métricas da paisagem
Segundo Carrão et al. (2001), as muitas medidas quantitativas de composição da paisagem, conhecidas como métricas ou indicadores de paisagem, ganham cada vez mais atenção, na medida em que ajudam a compreender a estrutura complexa da paisagem e a forma como esta influencia determinadas relações ecológicas.
Importante notar que o cálculo dessas métricas é realizado, comumente, com informações de superfície planimétrica, contudo, esses dados podem mascarar os resultados obtidos, em especial em áreas de relevo acidentado, onde elementos representados de forma plana podem apresentar valores maiores quando analisados em superfície real (Fernandes et al., 2011).
Pela grande variedade de índices existentes em ecologia da paisagem, diferentes autores agrupam os índices nas seguintes categorias: índices de área; índices de densidade, tamanho e variabilidade métrica dos fragmentos; índices de forma; índices de borda; índices de área central; índices de proximidade.
15 2.4.1 Índices de área
De acordo com Viana (1990), a área de um fragmento apresenta forte correlação com a diversidade biológica e a dinâmica da floresta. Considerando a influência dos fatores externos, nos fragmentos menores, a dinâmica do ecossistema é predominantemente afetada, ao passo que, quanto maior um remanescente, maior a sua área interior, sendo esta menos afetada pelas mudanças ambientais relacionadas às bordas.
Os índices de área quantificam o tamanho dos fragmentos, e é comumente a base do conhecimento sobre a paisagem, visto que são utilizados por vários outros índices. Com os índices de área têm-se: área de cada fragmento, índice de similaridade da paisagem, área da classe, porcentagem da paisagem e índice do maior fragmento (Turner e Gardner, 1990). As equações dos índices de área são apresentadas conforme McGarigal e Marks (1995):
a) Área da classe
Em que:
CA = Soma das áreas de todas as manchas que pertencem a uma determinada classe, em hectares; ci = Área da i-ésima mancha correspondente à classe avaliada.
b) Área da paisagem:
Em que:
TLA = Soma das áreas de todas as manchas na paisagem em hectares; ai = Área
da i-ésima mancha dentro da paisagem total.
2.4.2 Índices de densidade e tamanho
Segundo Volotão (1998) os índices de densidade e tamanho são importantes por caracterizarem os fragmentos e por permitirem que os ordene por grau de fragmentação, heterogeneidade de fragmentos ou outros aspectos relacionados aos fragmentos na paisagem.
Como exemplo desses índices têm-se: o número de fragmentos, o tamanho médio dos fragmentos em classes, o desvio padrão e o coeficiente de variação do
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tamanho. As equações dos índices de área são apresentados conforme McGarigal e Marks (1995):
a) Número de manchas:
Quantifica o número de fragmentos ou manchas existentes em cada classe ou na paisagem.
NUMP = ∑ n
iEm que:
NUMP = Número total de manchas ou fragmentos dentro de uma mesma classe ou paisagem; ni = Quantidade de manchas de uma classe se NUMP for a nível de
paisagem ou uma mancha ou fragmento se NUMP for a nível de classe.
b) Tamanho médio dos fragmentos:
É calculado com base na área total da classe e de seu respectivo número de fragmentos, o que permite estimar o tamanho médio para seus fragmentos.
Em que:
MPS = Tamanho médio dos fragmentos em hectare; aij = área do fragmento i na
classe j; j = 1 a n número de fragmentos; ni = número de fragmentos da classe.
c) Desvio padrão do tamanho médio dos fragmentos:
É uma medida de variação absoluta. Para o tamanho médio expressa, em média, o quanto os valores observados variam em relação à sua média.
Em que:
PSSD = Desvio padrão do tamanho médio dos fragmentos; aij= área do
fragmento i na classe j; j = 1 a n número de fragmentos; ni= número de fragmentos da
classe.
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É uma medida de variação relativa. Dessa maneira quantifica a variação dos dados em função da média.
Em que:
PSCoV = Coeficiente de variação do tamanho médio dos fragmentos; PSSD= Desvio padrão do tamanho dos fragmentos; MPS = Tamanho médio dos fragmentos.
2.4.3 Índices de forma
A forma é um parâmetro essencial nas análises de vulnerabilidade às perturbações externas, pois fazem indicações sobre o efeito de borda dos fragmentos. A forma é resultado da relação entre perímetro e área, logo, quanto menor for essa relação, menor será a borda e vice-versa (MMA/SBF, 2003).
De acordo com a Almeida (2008) fragmentos florestais mais próximos ao formato circular têm a razão borda-área minimizada e, portanto, o centro da área está equidistante das bordas. Assim sendo, a área central encontra-se mais protegida dos fatores externos. Áreas mais recortadas têm maior proporção de bordas que as menos recortadas, então, fragmentos com áreas maiores e menos recortadas são preferíveis, porque apresentam menor proporção de borda/área.
De maneira geral, quanto mais alongado é o fragmento, maior é o seu grau de perturbação. Nesse sentido, espécies pouco tolerantes ao efeito de borda devem ser conservadas em fragmentos maiores e arredondados (Viana, 1990).
Os fragmentos longos e estreitos possuem maior bordadura e estão mais expostos a seus efeitos. Alguns tipos de fisionomias vegetais, como florestas ciliares, são naturalmente estreitos, formando corredores, entretanto, quanto mais longos, mais úteis serão como apoio à movimentação da biota (Saunders, 1991).
O valor do índice de forma possui uma relação inversamente proporcional com o efeito de borda. Assim, a forma pode servir como parâmetro de seleção de áreas prioritárias para a conservação. Logo, pode-se considerar que todos os fragmentos com fator de forma mais próximos de um, como prioritários à conservação. Porém, este critério não deve ser utilizado de maneira isolada, pois informações sobre espécies e diversidade devem consideradas.
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As equações dos índices de área são apresentadas conforme McGarigal e Marks (1995):
a) Índice de forma média:
Expressa a forma média dos fragmentos da classe avaliada, em função da razão média perímetro/área de seus fragmentos, comparada a uma forma padrão. Quando se utiliza o formato vetorial ou de polígono para os mapas, a forma padrão é representada por um círculo, quando se utiliza o formato raster para os mapas, essa forma padrão se constitui em um quadrado. Dessa maneira, o índice de forma médio é igual a 1 quando todas as manchas ou fragmentos forem circulares (para polígonos) ou quadrados (para raster) e aumenta com irregularidade de forma de mancha crescente.
Em que:
MSI = Índice de forma média; pij= perímetro do fragmento ij; aij= área do
fragmento i na classe j; j = 1 a n número de fragmentos; e ni = número de fragmentos da
classe.
b) Índice de forma média ponderado pela área:
É calculado de maneira semelhante ao índice de forma média (MSI), no entanto a média é ponderada de acordo com a área dos fragmentos. Dessa maneira fragmentos de maior tamanho recebem um peso maior.
Em que:
AWMSI = Índice de forma médio ponderado pela área; Pij = perímetro do
fragmento ij; aij = área do fragmento i na classe j; j = 1 a n número de fragmentos.
c) Dimensão Fractal da mancha média:
A Dimensão fractal também é uma medida do índice de forma, é obtida multiplicando-se por 2 vezes o logaritmo do perímetro do fragmento e dividindo-se pelo logaritmo da área do fragmento. A métrica dimensão fractal (MPFD) se diferencia do índice de forma média (MSI) por variar de 1 a 2, tornando-se uma melhor alternativa de
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representação, sendo que MSI varia de 1 ao infinito. Por meio da análise da dimensão fractal podemos quantificar as relações de escalação.
Em que:
MPFD = Dimensão fractal da mancha média; Pij = perímetro do fragmento ij; aij
= área do fragmento i na classe j.
2.4.4 Índices de borda
As bordas dos fragmentos geralmente possuem estrutura e composição da vegetação, microclima e fauna diferenciada do interior da floresta, sendo a zona mais vulnerável à eutrofização por fertilizantes e invasão por espécies daninhas (Portela, 2002).
Missio et al. (2004) afirmam que o efeito de borda é um fator importante para a análise da vulnerabilidade dos fragmentos de mata, e que quanto maior a distancia entre as bordas e o centro do fragmento, maior será a proteção das espécies do interior em relação às ameaças externas.
Segundo Ribeiro e Marques (2005) o aumento na proporção de bordas eleva a temperatura do ar e o déficit de pressão do vapor, estendendo-se por muitos metros para dentro dos fragmentos. Esse processo promove mudanças encadeadas no equilíbrio do ambiente, alterando as relações ecológicas entre populações da fauna, flora e meio abiótico.
São considerados índices de borda: o perímetro; o índice de contraste de borda; o total de borda de uma classe e a densidade, entre outros. As equações dos índices de área são apresentadas conforme McGarigal e Marks (1995):
a) Total de Bordas:
O total de bordas representa a soma dos perímetros de todas as bordas dentro da classe ou paisagem.
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TE = soma de todas as bordas da classe ou paisagem em metros; ei = borda
(perímetro) da i-ésima mancha.
b) Densidade de bordas:
Representa a quantidade de bordas relativa à área da classe ou paisagem.
Em que:
ED = Densidade de bordas em metros por hectare; TE = Total de bordas; CA= Área total da paisagem.
2.4.5 Índices de área central
A área central é definida como a área dentro de um fragmento separada da borda por uma distância pré-definida. É delimitada por meio do cálculo de uma área de amortecimento negativa, ou seja, direcionada para dentro, e o tamanho dessa área corresponde à largura do efeito de borda admitido (Lang e Blaschke, 2009).
A manutenção de áreas-núcleos depende do tamanho e forma dos fragmentos, em que grandes manchas podem conter área núcleo relativamente grande, enquanto formas alongadas e muito irregulares possuem uma área núcleo proporcionalmente inferior ao de formas compactas com igual tamanho de área. Assim, a área central é afetada também pela forma e não apenas pela área do fragmento. Pode-se pensar que certos fragmentos têm bastante área, o suficiente para manter uma dada espécie, mas não tem área central capaz de permitir a manutenção daquela espécie (Volotão, 1998).
Diferentes autores citam os seguintes índices de área central: área central dos fragmentos; número de áreas centrais; porcentagem de área central da paisagem, e outros. As equações dos índices de área são apresentadas conforme McGarigal e Marks (1995):
a) Índice de área central total:
Quantifica a porcentagem da classe ocupada com área central, após a retirada da faixa referente ao efeito de borda. Para os índices de área central, deverá ser considerada uma faixa com largura, representando o efeito de borda. O TCAI é expresso pela fórmula:
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Em que:
TCAI = Índice de área central total em porcentagem; aije = área interior do
fragmento ij; j = 1 a n número de fragmentos.
b) Número de fragmentos com área central:
Expressa o número de fragmentos que possuem área central, após a retirada do efeito de borda, para cada classe. É determinado pela fórmula:
Em que:
NCA = número de fragmentos com área central; neij = número de áreas interiores
dos fragmentos; j = 1 a n número de fragmentos.
2.4.6 Índices de proximidade
Os índices de proximidade se referem às métricas que se baseiam na distância do vizinho mais próximo nos níveis: fragmento, classe e paisagem.
A distância do vizinho mais próximo é definida como a distância de um fragmento para o fragmento que está em sua proximidade, baseado na distância borda-a-borda. A proximidade entre os fragmentos é importante para a dinâmica ecológica, e tem implícito em seus valores o grau de isolamento dos fragmentos (Volotão, 1998).
A dificuldade de movimentação de organismos entre fragmentos é proporcional ao grau de isolamento e ao nível de resistência da matriz circundante e do nível da espécie em questão. Por exemplo, algumas aves podem movimentar-se entre fragmentos mesmo em situações de conectividade reduzida; grandes vertebrados podem encontrar maior resistência (MMA/SBF, 2003).
As equações dos índices de área são apresentadas conforme McGarigal e Marks (1995):
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Quantifica a distância média de borda a borda entre os fragmentos de mesma classe. Pode ser calculado pela formula:
Em que:
MNN = Distância média do vizinho mais próximo em metros; hij= distância (m)
mínima do fragmento ij ao vizinho mais próximo de mesma classe; n’= n’i= número de
fragmentos da classe i na paisagem, que tenham vizinho próximo.
2.5 Sistema de Informação Geográfica (SIG) na produção das métricas
Sistemas de Informação Geográfica - SIG são sistemas de informação construídos especialmente para armazenar, analisar e manipular dados geográficos, ou seja, dados que representam objetos e fenômenos em que a localização é uma característica inerente e indispensável para tratá-los. Dados geográficos são coletados a partir de diversas fontes e armazenados via de regra nos chamados banco de dados geográficos (Câmara et al., 1996).
Burrough (1998) define SIG como um conjunto de ferramentas para coleta, armazenamento, recuperação, transformação e exibição de dados espaciais do mundo real para um conjunto particular de propósitos.
Para Turner e Carpenter (1998) as ferramentas disponíveis nos SIGs tornaram-se essenciais em estudos de ecologia da paisagem, porque tem a capacidade de caracterizar no espaço e no tempo, os padrões de uso e cobertura, que são a base para posterior quantificação da estrutura e definição dos padrões da paisagem.
Para a ecologia da paisagem os SIGs são ferramentas fundamentais, especialmente quando permitem a manipulação de modelos e dados reais e a transferência de informações implícitas para análises explícitas (Farina, 1998).
Segundo Lang e Blaschke (2009) nos últimos anos, ao lado de uma pesquisa intensa sobre os comportamentos de índices de ecologia, foram produzidos diferentes aplicativos computacionais. Esses aplicativos caracterizaram a fragmentação da paisagem, fornecendo valores quantitativos de extensão e área e de distribuição espacial (Hessbrurg et al., 2000).
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Segundo Blaschke (2000) o programa Fragstat criado por MacGarigal e Marks em 1995, trata-se da ferramenta mais abrangente para a análise quantitativa da estrutura da paisagem. No entanto, devido a sua proposital universalidade, não facilita ao usuário o processo de escolha, em razão da enorme quantidade de métricas e por muitas delas serem redundantes para determinadas aplicações. Um aplicativo alternativo é o Patch Analyst, disponibilizado pela empresa ESRI, fornecedora do software ArcGIS, sob a forma de extensão. Segundo Lang e Blascke (2009), o Patch Analyst fornece essencialmente métricas do Fragstat, porém em forma condensada.
Anteriormente à aplicação dos índices de ecologia da paisagem é necessária a obtenção do mapeamento das classes de uso e cobertura da terra, que pode ser adquirido por métodos de levantamento de campo, imagens de sensores orbitais, fotografias aéreas, dados publicados por censos, dentre outros. Neste trabalho foi utilizada a classificação das imagens de satélites por meio de técnicas de sensoriamento remoto.
2.6 Sensoriamento Remoto (SR) e o mapeamento de uso e cobertura da terra
O Sensoriamento Remoto (SR) apresenta definições dadas por diversos autores que se complementam entre si. Jensen (2009) afirma que o sensoriamento remoto é a arte e a ciência de obter informação sobre um objeto sem estar em contato físico direto com o mesmo. Moreira (2011) coloca que sensoriamento remoto é a medida da radiação eletromagnética refletida ou emitida dos alvos da superfície da terra e também o seu o tratamento.
Os produtos oriundos de sensoriamento remoto podem ser submetidos a diferentes técnicas de processamento digital, o que é entendido como a manipulação, análise e compreensão de uma imagem por computador. Neste processo, tanto a entrada como a saída são imagens, tendo por finalidade a extração de informações que sejam mais facilmente discerníveis. As técnicas de processamento de imagens podem ser classificadas em três grupos (Novo, 2010): técnicas de pré-processamento, técnicas de realce e técnicas de classificação.
As técnicas de classificação consistem no estabelecimento de um processo de decisão, no qual um grupo de pixels é definido como pertencente a uma determinada classe. O método de mapeamento da cobertura da terra com uso de imagens consiste na interpretação visual combinada, ou não, de técnicas de processamento digital de imagens.
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O método visual consiste na interpretação direta do usuário, baseada em elementos de reconhecimento, como cor, forma, textura, entre outros, que examinados em conjunto pelo intérprete auxiliam na identificação dos alvos. O trabalho pode ser essencialmente manual, ou seja, não envolvendo a utilização de algoritmos computacionais. Quanto maior o conhecimento do profissional sobre a área de estudo e sua experiência em interpretação de imagens, mais fidedignos são os resultados.
No mapeamento por técnicas de processamento digital de imagens, algoritmos computacionais são utilizados na identificação automática dos alvos e são baseados em classificadores pixel a pixel ou por regiões.
A classificação pixel a pixel pode ser executada de modo não supervisionado ou supervisionada. No modo não supervisionado, a classificação é feita utilizando métodos estatísticos de análise de agrupamento e, durante o procedimento, não há intervenção direta do intérprete na definição das classes pertinentes a cena. O modo supervisionado, por sua vez, é baseado na coleta de amostras, denominadas como áreas de treinamento, referentes a classes definidas pelo usuário. Os algoritmos de classificação, determinísticos ou probabilísticos, utilizam-se das amostras, geradas pelo usuário, para rotular os pixels de toda imagem como pertencente a um determinado uso ou cobertura do solo.
A classificação por regiões é executada em duas etapas: a segmentação da imagem e a classificação propriamente dita. Segmentar uma imagem consiste em determinar grupamentos de pixels adjacentes, similares entre si, que são tratados como um objeto, através de algoritmos de agrupamentos de dados. Após a segmentação, a classificação é executada de modo não supervisionado ou supervisionado, de maneira semelhante aos métodos pixel a pixel, considerando somente a resposta espectral dos segmentos da imagem. A diferença, assim, entre as duas metodologias de classificação consiste no tratamento dado ao pixel.
25 3 - METODOLOGIA
3.1 Área de estudo
No Sudeste brasileiro a fragmentação da Mata Atlântica já atinge estágio muito avançado e a preservação de suas áreas florestais remanescentes representa um dos maiores problemas de conservação do País (Tabarelli et al. 2005). No estado do Rio de Janeiro, a Floresta Atlântica encontra-se hoje reduzida a menos de 20% de sua cobertura original (figura 2), estando os grandes remanescentes, em sua maioria, sobre áreas montanhosas.
Figura 2: Mapa dos remanescentes florestais no Estado do Rio de Janeiro
O município de Silva Jardim (figura 3) localiza-se próximo a rodovia BR-101, na região das Baixadas Litorâneas do Estado do Rio de Janeiro, fazendo divisa com as cidades de Casimiro de Abreu, Nova Friburgo, Rio Bonito, Araruama e Cachoeiras de Macacu. Conta com população de 22.158 habitantes, ocupando área de 938,3 km² (IBGE, 2007).
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Figura 3: Mapa de localização do município de Silva Jardim
Quase que em sua totalidade, o município encontra-se em áreas de unidades de conservação, como a Reserva Biológica Poço das Antas criada em 1974 (destinada à preservação da Mata Atlântica e do mico-leão-dourado - Leontopithecus rosalia), e a APA da Bacia do Rio São João, que abrange mais da metade da área do município, dividindo espaço apenas com pequenos núcleos urbanos (figura 4). A APA foi criada em 2002 para proteger e preservar mananciais, regular o uso dos recursos hídricos e o parcelamento do solo, a fim de garantir o uso racional dos recursos naturais e proteger remanescentes da Mata Atlântica.
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Figura 4 – Mapa de localização de Silva Jardim e suas UCs
Nesse contexto, o município de Silva Jardim preserva mais de 30% (cerca de 340 km²) de sua cobertura florestal (Fundação SOS Mata Atlântica, 2002). Seus remanescentes florestais encontram-se totalmente inseridos no domínio da Floresta Ombrófila Densa (Veloso et al., 1991), e parte de seu território integra ainda o corredor de biodiversidade da Serra do Mar (Ayres et al., 2005; Rocha et al., 2003). O município de Silva Jardim destaca-se no cenário nacional também por ser a região com mais de uma dezena de Reservas Particulares do Patrimônio Natural (RPPN) implementadas (Carvalho et al., 2004).
A Floresta Atlântica do município vem sendo estudada em termos florísticos e fitossociológicos1, através dos trabalhos de Borém e Oliveira Filho (2002), Carvalho et al., (2006), Neves e Peixoto (2008), Christo et al (2009). Essas pesquisas indicaram constatações comuns como: elevada densidade de espécies secundárias iniciais; matas em estágio sucessional secundário; predominância de árvores jovens com abundante
1 Fitossociologia é o estudo das características, relações e distribuição de comunidades vegetais naturais.
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regeneração; além de descontinuidades nas classes de diâmetro maiores, sugerindo a exploração de espécies no passado.
3.2 Materiais
Nesta pesquisa foi utilizada a imagem do satélite Wordview II, correspondente ao ano de 2010, disponibilizada pelo laboratório Espaço do Departamento de Geografia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).
O satélite Wordview II possui dois sensores que operam no modo pancromático (PAN) e multiespectral (MS) (Quadro 1). A resolução espacial das imagens é de 0.5 m no modo PAN e 2.5 m no modo MS. A resolução radiométrica das imagens é de 11 bits. Com revisitas entre 2 a 4 dias.
Quadro 1: Sensores do Satélite Wordview II (Adaptado: Embrapa Monitoramento por Satélites)
Também foi utilizado no presente trabalho, Modelo Digital de Elevação (MDE), com resolução espacial de 10m, produzidos a partir das bases cartográficas digitais da empresa de energia Ampla.
Para a execução das operações digitais de classificação das imagens e de cálculo das métricas, foram utilizadas as plataformas Definiens 7.0, ArcGIS 10.0.
29 3.3 Classificação da imagem
Para a classificação da imagem foi adotada metodologia híbrida de classificação, na qual inicialmente a imagem foi segmentada de modo automatizado pelo algoritmo multi-resolução implementado no software eCognition (figura 5). E em seguida, o arquivo referente à segmentação foi exportado em formato shapefile e conduzido a ambiente SIG.
No software ArcGIS, o arquivo shapefile com segmentos foi sobreposto a imagem, e foi desempenhada a meticulosa etapa de fotointerpretação dos segmentos, que corresponde ao preenchimento da tabela de atributos com as classes de uso e cobertura conforme a feição do terreno identificada na imagem sobreposta (figura 6).
Figura 5: Segmentação das imagens pelo algoritmo multi-resolução.
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As classes de uso e cobertura da terra (tabela 1) foram definidas pela análise visual das imagens e por orientações obtidas a partir de contatos realizados com os fiscais da APA da Bacia do Rio São João.
Dessa maneira, foi concluída a etapa de classificação de uso e cobertura da terra fornecendo informações necessárias sobre a paisagem do município de Silva Jardim.
Tabela 1: Classes de uso e cobertura identificadas e suas descrições.
Classe Descrição
Floresta Áreas de formações florestais em estágio de sucessão médio.
Vegetação Secundária
Áreas onde a vegetação florestal original foi degradada com áreas de regeneração da vegetação.
Pastagem Áreas de pastagem com predomínio de gramíneas utilizadas para
pecuária extensiva.
Formação
Pioneira Áreas de planícies de inundação fluvial com vegetação característica.
Água Constituída pelos corpos hídricos principais (rios, lagos, etc).
Areia Áreas com acumulo de areia no leito dos rios, associadas a práticas
ilegais de extração.
Afloramento
Rochoso Áreas de exposição de rochas nos topos dos morros.
Solo Exposto
Áreas onde não existe nenhum tipo de cobertura sobre o solo, normalmente atrelada à degradação, exploração mineral ou resposta a certos tipos de manejo, como queimadas.
Agricultura Áreas de diversos tipos de cultivos (exemplo, cana-de-açúcar).
Área Urbana Áreas com construções/edificações em núcleos urbanos.
3.4 Produção das métricas dos fragmentos
A partir do mapa de uso e cobertura da terra, foram isoladas as classes referentes a Floresta e Vegetação Secundária, e convertidas em uma única classe correspondente aos fragmentos florestais. Com intuito de se obter o número de fragmentos existentes, a relação de tamanho entre eles, o formato e grau de conectividade, foram aplicadas métricas de ecologia da paisagem.
As métricas ou índices foram produzidos a partir da extensão Patch Analyst disponível no software ArcGIS 10.0.
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Buscando simplificar as análises e evitar métricas redundantes, foram utilizadas as seguintes métricas: área, densidade e tamanho, borda, forma, proximidade e área central.
Através das métricas de tamanho, obteve-se a área de cada fragmento, a área total da classe fragmentos, a porcentagem da área da classe em relação a área total da paisagem analisada, o tamanho médio dos fragmentos, o desvio padrão e o coeficiente de variação.
Para a interpretação condizente com a escala de mapeamento e com a diversidade de manchas facilmente observadas na paisagem de Silva Jardim, também foi realizada a análise dos índices de ecologia da paisagem para diferentes classes de tamanho (muito pequeno, pequeno, médio, grande, muito grande).
Para as métricas de área central, foi utilizada a distância de 100 metros da borda. Com isso, foram obtidos valores de área central total, área central média, número de manchas que possuem área central, desvio padrão, coeficiente de variação do mesmo e o índice de área interior, medido em porcentagem.
Os índices calculados e seus significados são descritos na tabela 2.
Tabela 2 - Índices de ecologia da paisagem gerados para os fragmentos florestais
Índices Sigla Métrica Unidade Significado
Ár
ea CA Área da classe Hectares (ha) manchas ou fragmentos florestais Somatório das áreas de todas as presentes na área em estudo
De n sid ad e e T amanh o MPS Tamanho médio da mancha
Hectares (ha) Soma do tamanho das manchas divido pelo número de manchas
NUMP Número de
manchas Adimensional
Número total de manchas na paisagem ou na classe
PSSD Desvio padrão
do tamanho Hectares (ha)
Razão da variância do tamanho das manchas PSCoV Coeficiente de variação do tamanho Porcentagem (%)
Desvio padrão do tamanho da mancha, dividido pelo tamanho
médio da mancha multiplicado por 100 B or d a TE Total de bordas Metros (m)
Extremidade total de todas as manchas. É a soma de perímetro
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ED Densidade de
bordas m/ ha
Quantidade de extremidades relativa à área da paisagem
For
m
a
MSI Índice de
forma médio Adimensional
É igual a 1 quando todas as manchas forem circulares e aumenta com a crescente irregularidade da forma da mancha Pr oximid ad e MNN Distância média do vizinho mais próximo Metros (m)
A distância média do vizinho mais próximo é a média destas distancias para classes individuais
ao nível de classe e a distância média da classe vizinha mais próxima ao nível de paisagem
Ár
ea C
en
tr
al
TCA Área central
total Hectares (ha) O tamanho total das manchas
NCA Número de
áreas centrais Adimensional
Número total de áreas centrais dentro da paisagem ou dentro de
cada mancha ao nível de classe
TCAI Índice de área central total
Porcentagem (%)
Medida da quantidade relativa de área central na paisagem
Fonte: McGarigal e Marks (1995).
3.5 Análise integrada dos fragmentos com a paisagem
Para complementar as análises métricas e reconhecer alguns padrões de influências externas aos remanescentes florestais, foram relacionadas as classes de tamanho dos fragmentos com as classes de uso da terra, e com classes de hipsometria e declividade do terreno.
Foram utilizadas as classes do mapeamento de uso e cobertura da terra, descrito anteriormente, sendo elas: Floresta, Vegetação Secundária, Pastagem, Formação pioneira, Água, Areia, Afloramento Rochoso, Solo exposto, Agricultura e Área Urbana. Para as análises relacionando os tipos de uso da terra foi utilizada a função buffer com a distância de 200 metros sobre o limite externo dos fragmentos, a partir desse arquivo buffer foram extraídas as classes de uso da terra que circundam os fragmentos pela função clip, e por último, sobre esse arquivo dos usos da terra vizinhos aos fragmentos, foi aplicada a função zonal statistics na qual foi obtido o valor da moda ou da classe modal, permitindo com isso identificar as classes com maior frequência no entorno dos fragmentos.
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As classes de hipsometria e declividade foram produzidas a partir dos dados do Modelo Digital de Elevação (MDE), que é a representação matemática contínua da distribuição espacial das variações de altitude numa área.
O MDE foi produzido a partir da base cartográfica da empresa Ampla, adquirida em formato dwg, na qual foram devidamente selecionadas as curvas de nível com intervalos de 10 metros, e em sequência transformadas em shapefile. A partir das curvas em formato vetorial, foi possível utilizar a função Create Tin, na qual se criou a rede triangular irregular, que em seguida foi transformada em MDE pela função TIN to raster (figura 7).
Com o modelo digital de elevação foi extraída a declividade, corresponde ao ângulo de inclinação da superfície local, que é expresso como a mudança de elevação sobre certa distância. Esta camada foi elaborada em porcentagem, utilizando a função Slope (figura 8).
As classes de hipsometria foram estabelecidas em função complexidade e amplitude altimétrica do relevo dessa região, sendo assim separadas em 12 classes (Tabela 3).
Tabela 3: Intervalos de hipsometria
Hipsometria 0 - 50 m 50 - 100 m 150 - 200 m 250 - 300 m 350 - 400 m 450 - 500 m 550 - 600 m 650 - 700 m 700 - 800 m 800 - 900 m 900 - 1.000 m 1.000 - 1.770 m
As classes de declividade foram separadas em quatro intervalos, adaptadas de acordo com a classificação da EMBRAPA (1979) (Tabela 4).
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Tabela 4: Classificação da declividade adaptada da EMBRAPA (1979)
Declividade Classificação
0 a 8 Relevo plano
8 a 20 Relevo ondulado 20 a 45 Relevo montanhoso
> 45 Relevo fortemente montanhoso
Para as análises relacionando classes de hipsometria e declividade foi utilizada a função clip, extraindo do mapa de altimetria e declividade o conteúdo correspondente ao interior dos fragmentos florestais, e em seguida, aplicada a função zonal statistics na qual foi obtida a média das classes de hipsometria e declividade, sinalizando os valores de tendência central dessas classes nas áreas ocupadas pelos fragmentos.
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Figura 8: Mapa de declividade do município de Silva Jardim
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Mapa de uso e cobertura da terra
O mapa de uso e cobertura da terra do município de Silva Jardim na escala 1:10.000, referente ao ano de 2010, pode ser observado na figura 9. A tabela 5 apresenta o valor total de área das classes mapeadas.
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Tabela 5: Áreas das classes de uso e cobertura do solo em 2010
Classe Área (ha) Porcentagem (%)
Floresta 47.223,37 50,41 Pastagem 35.813,79 38,23 Solo Exposto 775,86 0,83 Agricultura 1.138,25 1,22 Vegetação Secundária 1.857,06 1,98 Água 2.724,96 2,91 Areia 73,54 0,08 Área Urbana 1.103,1 1,18 Formação Pioneira 2.947,27 3,15 Afloramento Rochoso 17,91 0,02 Total 93.675,11 100
A partir da análise do mapa se observa que a classe Pastagem representa o elemento matriz da paisagem, com 38% de área total do município, pois apresenta a maior conectividade e a maior influência no funcionamento dos outros elementos do território.
As classes de cobertura florestal (Floresta e Vegetação Secundária) correspondem juntas, ao elemento manchas ou fragmentos, totalizando 52% da área. Esta proporção em área é incomum em estudos de ecologia da paisagem, visto que os fragmentos são descritos como os menores elementos observáveis da paisagem. Entretanto, deve-se notar que existe a forte influência, principalmente por parte do fragmento florestal localizado ao norte do município, com dimensão atípica (24.206 ha), que na verdade é a continuidade de um fragmento ainda maior, e portanto é parte integrante de uma paisagem que excede o limite político-administrativo do município de Silva Jardim (figura 10). Com exceção apenas deste fragmento muito grande, o elemento “fragmentos” passa a corresponder a 26,5% do total da paisagem.
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Figura 10: Visualização da paisagem adjacente e a continuidade dos fragmentos de Silva Jardim.
As demais classes são menos frequentes e localizadas mais pontualmente no território, mas todas possuem influencia e relações diretas com os fragmentos. As classes Água, Areia, Formação pioneira e Afloramento Rochoso, são elementos naturais que fazem parte da dinâmica natural das florestas e algumas ainda estabelecem relações favoráveis à conservação dos remanescentes. Já as classes Solo exposto, Agricultura e Área Urbana, são classes de influência e origem antrópica, que muitas vezes estabelecem condições adversas à conservação e recuperação dos fragmentos.
4.2 Análise das métricas
Os fragmentos florestais isolados das classes de uso da terra são apresentados na figura 11. E a tabela 5 apresenta dois índices de ecologia da paisagem que serviram para apresentar a caracterização geral dos fragmentos encontrados.
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Figura 11: Mapa dos fragmentos florestais do município de Silva Jardim em 2010.
Tabela 5: Métricas de ecologia da paisagem dos fragmentos florestais
Índice Métrica Unidade Tamanho
Área Área da classe Hectares (ha) 49.078,42
Densidade e Tamanho
Número de fragmentos Adimensional 2.813
Tamanho médio dos fragmentos Hectares (ha) 17,45
Desvio padrão do tamanho dos
fragmentos Hectares (ha) 496,75
Coeficiente de variação do tamanho dos fragmentos
Porcentagem
(%) 2.846,70
Foram encontrados 2.813 fragmentos florestais, ocupando área correspondente a aproximadamente 49.080 hectares. Brasileiro et al. (2012) em estudo de fragmentação florestal e efeito de bordas, considerando a influência das estradas (escala 1:25.000), identificou 2.557 fragmentos no município de Silva Jardim.
O índice de tamanho médio dos fragmentos apresentou um valor de 17,45 hectares, porém pelo elevado valor do desvio padrão do tamanho dos fragmentos,
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496,75 ha, constata-se a enorme variabilidade nos valores de área dos fragmentos do município.
Isso significa que foram encontrados desde fragmentos com tamanhos mínimos (menor que 1 ha) até fragmentos com tamanhos muito acima da média, como o do maior fragmento que possui 24.206 hectares. Segundo Pirovani (2010), se o desvio padrão for muito grande, é possível que haja grandes fragmentos, mesmo com um tamanho médio relativamente baixo.
O elevado valor do coeficiente de variação do tamanho da mancha, 2847%, confirma a existência de fragmentos com valores de área muito acima e muito abaixo do valor médio dos fragmentos.
A partir dessas análises iniciais dos índices de área, densidade e tamanho, percebe-se que a analise integrada dos fragmentos, sem respeitar as particularidades referentes as classes de tamanho, podem mascarar informações importantes referentes à influencia de fragmentos muito pequenos e de grandes fragmentos no contexto da paisagem local.
Nesse sentido, para melhor comparação entre o grau de conservação e o tamanho dos fragmentos florestais mapeados, as análises das próximas métricas de ecologia da paisagem foram feitas respeitando as classes de tamanho (figura 12), mas tendo sempre como base de comparação os valores médios dos índices para todos os fragmentos da área.
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Figura 12: Mapa dos fragmentos por classes de tamanho de Silva Jardim em 2010.
A tabela 6 caracteriza todas as classes de tamanho adotadas, mostrando que os fragmentos considerados como Muito pequeno, totalizam em 2.679, todos com tamanho menor do que 10 ha, ocupando área de 2232 hectares, e representando apenas 4,55% da área total ocupada pelos fragmentos.
A classe Pequeno representa 114 fragmentos, com tamanhos entre 10 e 91 hectares, correspondendo a área de 3389 ha, referente a 6,90% da área total. A classe Médio totaliza em 15 fragmentos, que variam de 105 a 501 ha, ocupam área de 3008 ha, correspondendo a 6,13%.
As duas últimas classes são classes com menor número de fragmentos, mas que ocupam a maior porção de área dos fragmentos. A classe Grande possui 4 fragmentos, com áreas de 890, 1342, 5081 e 8928, totalizando 16.243 hectares e correspondendo a 33,09% da área total.
42
A classe Muito grande conta com 1 único fragmento, por este se tratar de um
outlier2, ocupando 24.205 hectares e representando a maior parte da área total dos
fragmentos, com 49,33%.
Tabela 6: Características das classes de tamanho dos fragmentos
Classe Intervalo N° de fragmentos Área (ha) Porcentagem
Muito pequeno 0,01 a 9,92 2.679 2.231,84 4, 55%
Pequeno 10,02 a 91,01 114 3.388,76 6,90%
Médio 105,55 a 501,07 15 3.008,36 6,13%
Grande 890,74 a 8928,9 4 16.243,57 33,09%
Muito grande 24205,9 1 24.205,90 49,33%
A partir da organização dos fragmentos em classes de tamanho, segue a análise completa das métricas de ecologia da paisagem (Tabela 7).
2
Outlier corresponde a um valor atípico, uma observação que apresenta um grande afastamento das demais séries. Podendo trazer prejuízos a interpretação dos testes estatísticos aplicados.
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Tabela 7: Métricas de ecologia da paisagem por classes de tamanho do município de Silva Jardim em 2010.
Índice Métrica Unidade Muito
pequeno Pequeno Médio Grande
Muito
grande Global
Área Área da classe Hectares (ha) 2.231,84 3.388,76 3.008,36 16.243,57 24205,88 49.078,42
Densidade e Tamanho
Número de fragmentos Adimensional 2.679 114 15 4 1 2.813
Tamanho médio dos
fragmentos Hectares (ha) 0,83 29,73 200,56 4.060,89 24.205,88 17,45
Desvio padrão do
tamanho dos fragmentos Hectares (ha) 1,52 22,19 104,31 3.247,38 0,00 496,75
Coeficiente de variação do tamanho dos
fragmentos
Porcentagem (%) 182,85 74,64 52,01 79,97 0,00 2.846,70
Forma Índice de forma médio Adimensional 2,09 4,37 7,52 18,27 29,26 2,25
Borda
Total de bordas Metros (m) 1.686.939,21 957.858,65 570.294,59 1.681.308,53 1.613.918,33 6.510.319,30
Densidade de bordas Metros/Hectares 755,85 282,66 189,57 103,51 66,67 2.314,37
Área Central
Número de áreas
centrais Adimensional 13 141 85 140 1 125,00
Área Central Total Hectares (ha) 2,53 435,17 830,83 9.139,95 16.853,51 27.261,98
Índice de Área Central Porcentagem (%) 2,25 13,38 27,53 57,54 69,62 55,54
Proximidade Distância média do
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Dentre as métricas de densidade e tamanho, o valor do tamanho médio dos fragmentos da classe Pequeno (29,73 ha) demonstra grande representatividade dos tamanhos dos fragmentos dessa classe com relação ao tamanho médio global dos fragmentos florestais mapeados (17,45 ha). Enquanto que o tamanho médio da classe Muito pequeno (0,83 ha), por apresentar valor muito abaixo do valor médio global, indica pequena representatividade.
McGarigal et al. (2002) comenta que o tamanho médio dos fragmentos é considerado bom indicativo do grau de fragmentação, por ser função do número de fragmentos e da área total ocupada pela classe. Dessa forma, paisagens que apresentam menores valores para tamanho médio de fragmento devem ser consideradas como mais fragmentadas.
O desvio padrão do tamanho dos fragmentos correspondente a classe Muito pequeno (1,52 ha) indica baixa variabilidade entre os tamanhos dos fragmentos dessa classe. Já o desvio padrão da classe Pequeno (22,19 ha) representa variabilidade média entre o tamanho dos fragmentos. Enquanto que das classes Médio e Grande (104,31 e 3247,38 ha) indicam fortes variações entre os tamanhos dos fragmentos correspondentes.
O coeficiente de variação do tamanho dos fragmentos referente a classe Médio (52,01%) indica proporção equilibrada entre todos fragmentos dessa classe com relação ao tamanho médio da classe. Já o alto valor do coeficiente de variação da classe Muito pequeno (182,85%) significa que existem fragmentos muito acima e/ou muito abaixo do tamanho médio dos fragmentos dessa classe.
Estes valores acima estão inseridos na métrica de área que é considerada a base do conhecimento da paisagem. Por meio dela é possível obter outras métricas que são úteis para estudos ecológicos, uma vez que a riqueza e abundância de certas espécies dependem das dimensões dos fragmentos da paisagem para existir (Volotão, 1998).
A métrica de forma é obtida pela proporção simples entre o perímetro e a área do fragmento, permitindo avaliar os fragmentos entre regulares e irregulares. O fator de forma com valor mais próximo de 1, significa tendência de forma mais arredondada e indica que o interior do fragmento florestal pode estar mais protegido, enquanto que valores mais distantes de 1, indicam a tendência mais alongada, presumindo que o fragmento esteja mais vulnerável aos efeitos de borda e maior grau de perturbação.
Importante notar que este índice permite planejamentos regionais, por exemplo, fragmentos alongados adquirem relativa importância no que diz respeito à formação dos
