APLICAÇÃO DO ÍNDICE DA VEGETAÇÃO POR DIFERENÇA NORMALIZADA (NDVI) NA AVALIAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS E POTENCIAIS PARA UNIDADES DE CONSERVAÇÃO

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1 p APLICAÇÃO DO ÍNDICE DA VEGETAÇÃO POR DIFERENÇA NORMALIZADA (NDVI) NA AVALIAÇÃO DE ÁREAS DEGRADADAS E POTENCIAIS PARA UNIDADES DE CONSERVAÇÃO RICARDO RIVELINO DANTAS RAMOS 1, 3 HELIO LEANDRO LOPES 1, 3 JULIO CÉSAR FERREIRA DE MELO JÚNIOR 1, 3 ANA LUCIA BEZERRA CANDEIAS 4 JOSÉ ALVES DE SIQUEIRA FILHO 2, 3 1. Colegiado de Engenharia Agronômica, Universidade Federal do Vale do São Francisco, Campus de Ciências Agrárias, UNIVASF, Petrolina-PE. ricardo.rdramos@hotmail.com,{ helio.lopes,julio.melo}@univasf.edu.br 2. Colegiado de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Vale do São Francisco, Campus de Ciências Agrárias, UNIVASF, Petrolina-PE. jose.siqueira@univasf.edu.br 3. Centro de Referência para Recuperação de Áreas Degradadas da Bacia Hidrográfica do Rio São Francisco, Bioma Caatinga (CRAD), Campus de Ciências Agrárias, UNIVASF, Petrolina-PE. 4. Departamento de Engenharia Cartográfica, DECART, Centro de Tecnologia e Geociências - CTG, UFPE analucia@ufpe.br RESUMO - Este artigo visa demonstrar os resultados das atividades de levantamentos de dados baseados em expedições de campo e modelos digitais, realizados na área de proposta do Parque Nacional Boqueirão da Onça (PNBO), localizado no sub-médio da Bacia hidrográfica do Rio São Francisco, no estado da Bahia, com o intuito de avaliar o uso atual de ocupação do solo e condições biológicas a partir da classificação e interpretação de imagens do satélite LANDSAT 5 TM. A condição do parque a ser proposto pelos órgãos federais, revela a crescente prática de agropecuária no interior do parque. Essa condição alarmante de perda da biodiversidade e cobertura vegetal nativa reflete a crescente degradação e escassez de recursos naturais na Caatinga. O Índice da Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), aplicado nesse trabalho retrata a condição e o grau de degradação sofrido pelo parque nos últimos nove anos, através da retirada da cobertura vegetal principalmente nas bordas e ocorrência de processos erosivos no interior nesses locais e espacialização das áreas de maior conservação. Palavras-chave: Unidades de conservação, NDVI, Uso e cobertura do solo ABSTRACT - This article aims to demonstrate the results of the activities of survey data based on field campaign and digital data, performed in the area of the proposed Boqueirão da Onça National Park (PNBO), located in the middle of the sub-catchment of the Rio São Francisco, state of Bahia, in order to assess the current use of land and biological conditions from the classification and interpretation of satellite images of LANDSAT 5 TM. The condition of the park that has being proposed by federal agencies shows the growing practice of farming within the park. This alarming condition of biodiversity and native vegetation loss reflects the increasing degradation and scarcity of natural resources in the Caatinga biome. The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), applied in this work shows the condition and degree of degradation suffered by the park for the past nine years. The vegetation cover and erosion processes within the perimeter of the park and the areas of greatest conservation was evaluated. Key words: Conservation areas, NDVI, land use and soil cover 1 INTRODUÇÃO O sensoriamento remoto é uma ferramenta de obtenção de dados da superfície terrestre, que constituí uma importante técnica para o monitoramento sistemático dinâmico da vegetação. Utiliza faixas espectrais de bandas no espectro eletromagnético, índices e combinação de bandas, destacando na área de análise a vegetação e eventos antrópicos. Os índices de vegetação resultam de combinações lineares de dados espectrais, realçando o sinal da vegetação, que minimizam as variações na irradiância solar e os efeitos do substrato do dossel vegetal (JACKSON e HUETE, 1991). Nesse sentido, possibilitam comparações espaciais e temporais da atividade fotossintética terrestre, facilitando, assim, o monitoramento sazonal, interanual e variações de longo prazo dos parâmetros estruturais, fonológicos e biofísicos da vegetação (WANG et al., 2003). Essa ferramenta assume um papel importante no monitoramento e na estimativa dos diversos fenômenos meteorológicos e ambientais, servindo de suporte para monitoramento das mudanças climáticas e possibilitando a tomada de decisão para preservação ambiental (MOREIRA, 2003). Os índices de vegetação têm sido muito utilizados no monitoramento de áreas vegetadas, na determinação e

2 p estimativa do índice de área foliar, biomassa e da radiação fotossinteticamente ativa. Os avanços tecnológicos de L rad π (3) ρ o,i = sensores remotos permitem analisar, através de imagem E o,i cosθ d r de satélites, a distribuição espacial de áreas cultivadas e as possíveis modificações da cobertura vegetal em diversas em que: ρ o,i é a reflectância espectral na banda i; dr épocas, possibilitando o monitoramento das áreas o inverso do quadrado da distância Terra-Sol em unidade vegetadas. Os sensores remotos são dispositivos capazes astronômica; E o,i o valor médio da irradiância solar de registrar a radiação eletromagnética. A principal forma exoatmosférica na banda i em W.m --2 µm -1 (constante dessa energia para o sensoriamento remoto é gerada pelo solar); θ o ângulo zenital solar (calculado a partir da Sol, que é expressa em termos de comprimento de ondas, informação do ângulo de elevação solar, β, disponível no espectro eletromagnético, dividido em regiões ou faixas e arquivo cabeçalho da imagem: θ = (90 - β) e Li é a suas respectivas características (NOVO 1998). Deste radiância espectral na banda i em Wm -2 sr -1 µm -1. modo, cada alvo da superfície terrestre que emite ou Em seguinda, realizou-se a correção atmosférica reflete radiação tem um comportamento de onda do pelo método DOS (Dark Object Subtraction), usando o espectro eletromagnético. histograma de cada banda para selecionar o pixel mais A radiação que chega à superfície da Terra escuro (GÜRTLER et al., 2005). (radiação global), ao atingir a planta, interage com esta e O NDVI foi determinado pela equação a seguir resulta em três frações. Uma parte dessa radiação é ρiv ρv absorvida pelos pigmentos contidos na folha e participa NDVI = na síntese de compostos ricos em energia, outra parte ρv+ ρv (4) dessa radiação é refletida pelas folhas, fenômeno denominado reflexão, faixa que se aplica o NDVI. Uma De acordo com Moreira (2003), a região do terceira parte sofre o processo de transmissão, através das visível, o qual se insere a banda 3, compreende toda radiação eletromagnética da faixa espectral de 400 a 700 camadas de folhas que compõe a copa e as folhas das nm. A maior parte desta radiação que incide sobre o plantas. As quantidades de energia absorvida ou refletida dossel vegetativo é absorvida pelos pigmentos pelas folhas das plantas podem diferir de uma espécie para outra ou até mesmo dentro da própria espécie, fotossintetizantes no mesófilo das folhas. Os pigmentos porque existem, dentre outros, os fatores ambientais que são compostos pelas clorofilas a e b, em maior quantidade, e pelos carotenóides, xantofilas e influenciam direta ou indiretamente nesta interação. antocianinas. Nesta faixa espectral, tanto a reflectância Entretanto, as proporções destes três componentes sempre quanto a transmissão das folhas são menores do que 15%, guardam o princípio da conservação da energia, expressa porém a reflectância apresenta um pico máximo em 555 pela segunda lei da termodinâmica (MOREIRA, 2003), ver equações (I e II) abaixo: nm. (1) φ φ φ, φ φ i= φr+ φa+ φt Sendo i, r, a t os fluxos (quantidades) de energia incidente, refletida, absorvida e transmitida, respectivamente. Normalizando a equação I em relação ao fluxo incidente ( φ i ), tem-se: (2) 1= ρ + α+ τ Em que as razões adimensionais ρ, α, τ são denominadas reflectância, absortância e transmitância, respectivamente, cujos valores definem as propriedades radiométricas dos alvos analisados. O Índice da Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) é um modelo resultante da combinação dos níveis de reflectância em imagens de satélites, que provem da equação composta pelas respostas das bandas espectrais do vermelho e infravermelho. As reflectâncias das bandas 3 (vermelho - visível) e 4 (infravermelho próximo) do sensor LANDSAT 5 TM, resolve-se pela seguinte equação (III): Na região do infravermelho, é constituída de radiações eletromagnéticas cujos comprimentos de onda situam-se entre 700 nm e 1mm. Esta região divide-se em três partes: Infravermelho próximo (700 a nm) que se localiza a banda 4, Infravermelho médio (1.300 a nm) e infravermelho distante (2.500 a 1 mm) (NOVO 1998). Nesta região do espectro eletromagnético, a evidência do mecanismo de reflexão interna nas folhas é muito forte. (MOREIRA, 2003). Segundo Gurgel (2003), para a Caatinga o NDVI apresenta valores de variação mais elevados entre os meses de Dezembro a Maio, quando se tem o período chuvoso, em que esses valores variam em uma escala de - 1 a 1, tendo como resultante análises rápidas na Caatinga. Portanto, esses valores caracterizam diferenças da cobertura vegetal, que está caracterizado por presença e disponibilidade de recursos naturais distintos. Como por exemplo, corpos d água (rios, riachos e córregos) e manchas de solos e afloramentos rochosos. Sendo a Caatinga o único e exclusivo bioma brasileiro, se tem a necessidade da sua conservação, garantindo assim o seu alto grau de endemismo e riqueza de espécies (QUEIROZ, 2009). Pois de acordo com LEAL et.al (2003) a Caatinga continua passando por um

3 p extenso processo de alteração e deterioração ambiental provocado pelo uso insustentável dos seus recursos a naturais, o que está levando à rápida perda de espécies únicas, à eliminação de processos ecológicos chaves e à formação de extensos núcleos de desertificação em vários setores da região, sendo necessário propor áreas de preservação, como reserva, parques e outros tipos de unidades de conservação. O Parque Nacional Boqueirão da Onça (PNBO), tem a sua área proposta situada no sub-médio da Bacia Hidrográfica do Rio São Francisco, entre os municípios de Umburanas, Sento Sé, Campo Formoso, Sobradinho e Juazeiro, no estado da Bahia. Englobando em sua maior ocupação o município de Sento Sé-BA. A implantação do parque é a garantia da continuidade de espécies e da presença de características peculiares da Caatinga, como diferentes tipos de solos (textura, formação e morfologia), grande disponibilidade de recursos naturais através da b geologia (rochas como granitos e micaxistos), recursos hídricos e espécies representativas da fauna e flora da Caatinga e parte do Cerrado. Lago de Sobradinho Esse trabalho tem como objetivo avaliar as localidades de áreas degradadas contidos no interior do PNBO, através da aplicação do NDVI gerado por meio de imagens do satélite LANDSAT 5 TM. 2 MATERIAIS E MÉTODOS: Para este estudo de avaliação da vegetação, foram usadas as imagens referentes aos anos de 2000 e 2009, ambas referentes ao mês de novembro, sendo essas imagens obtidas a partir do satélite LANDSAT 5, sensor TM, referentes as órbitas 217 e 218 do ponto 67. Essas imagens cobrem os municípios de Sento Sé, Sobradinho, Juazeiro, Partes de Campo Formoso e Umburanas; onde está locada a área proposta do Parque Nacional Boqueirão da Onça (10º09 48,57 S 41º21 11,53 W), com limite indicado pelo IBAMA e o Instituto Chico Mendes (Figura 1a), que executam na área levantamentos de fauna e flora. A Figura 1b representa o mosaico das imagens LANDSAT 5, composição 5R 4G 3B, utilizada no cálculo do NDVI conforme metodologia apresentada.. Figura 1 a) Perímetro proposto para o Parque Nacional Boqueirão da Onça (PNBO) e b) mosaico Landsat 5 com composição 5R 4G 3B. As imagens foram processadas em microcomputadores do laboratório de geoprocessamento do Centro de Referência para Recuperação de Áreas Degradadas - CRAD, nos softwares ERDAS 9.3 e Arcgis 9.3. Obtiveram-se pontos de controles coletados em campo, para o registro das imagens, utilizando como referência o Datum: SAD Após, os registros foram calculados os intervalos do NDVI. Em seguida esses intervalos calculados foram organizados em amplitudes que demonstra o uso e cobertura do solo. Depois de obtidos e interpretados, os intervalos foram caracterizados, reclassificados em números e agrupados em três categorias, que expressam as condições da vegetação.

4 p Foram adotadas três classificações, para as áreas resultantes da identificação de valores agrupados do NDVI: degradadas, transição e conservada respectivamente. Em seguida efetuaram-se comparações entre as cenas dos anos 2000 e 2009, avaliando a quantidade de áreas degradadas, em transição e conservadas no interior do parque. Após o processamento e classificação das imagens, foram executadas expedições de campo para serem efetuados ajustes de intervalos que caracterizassem as fases das condições da vegetação no PNBO. A avaliação se teve no período chuvoso, onde a Caatinga apresenta uma cobertura vegetal mais uniforme e densa, para melhor caracterização. Percebe-se que a exploração de recursos naturais no interior do parque em 2000, apresenta intensa ocupação do solo por agropecuária e manchas de degradação na região centro-oeste do parque. Em expedições de campo podemos observar que em sua maioria, essas áreas ocupadas são áreas próximas de rios, riachos e córregos de água, interferindo assim na disponibilidade de recursos às espécies endêmicas da fauna e flora local (Figura 3). 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES: Observou-se que no perímetro do PNBO ocorrem práticas constantes de caprinocultura e cultivos agrícolas. Esses cultivos e uso do solo, já é característico da região do sub-médio do São Francisco. Tendo sua expansão cada vez mais acentuada ao decorrer dos anos. Tendo como reflexo a expansão das fronteiras agropecuárias e consequentemente a degradação da Caatinga e perda da sua biodiversidade. Portanto, a forma pela qual a matriz vegetal vem sendo perdida na Caatinga atinge 45,39% de todo bioma, apresentando um crescimento anual de 0,33% entre os anos de 2002 e 2008 (MMA, 2010), supera todos os outros biomas brasileiros. Com a aplicação da análise do NDVI, na área do PNBO, no ano de 2000, havia cerca de 89% de cobertura vegetal no grau de transição a conservada e 11% áreas degradadas e de exploração por agropecuária e garimpo (Figura 2). Localização Geográfica Figura 3 Registros de corpos d água (rios, riachos e córregos) no interior do PNBO. Ao observarmos as análises do ano de 2009, percebemos que o grau de degradação e ocupação do solo aumentou principalmente nas bordas do parque em relação a Havendo o aumento da substituição da cobertura vegetal por atividades econômicas sem sustentabilidade do ecossistema e respeito aos limites do parque. Atividades como pecuária, agricultura e garimpo aumentaram intensamente em áreas de preservação permanente e em encostas de montanhas. Essas práticas contribuem ainda mais para o desaparecimento de espécies da biota que dependem de micro-hábitats. Assim o aumento da erosão no solo e a escassez de recursos naturais vêem cada vez mais modificando a condição da Caatinga áreas conservadas para transição e em faixas maiores de conservadas ou transição para degradadas (Figura 4). c Figura 2 Análise classificada das condições da cobertura vegetal do PNBO no ano 2000.

5 p aberta, pois, é o município com maior território dentro do parque. Figura 4 Análise e classificada das condições da cobertura vegetal do PNBO no ano de Na análise da cena do ano de 2009, avaliamos que da vegetação florestada resta 65,80%, sendo 8,56% da área com ocorrência de solo exposto, e parte em estágio de degradação, com presença de exploração de minérios e práticas agropecuárias (Tabela 1). Tabela 1. Área e percentagem da cobertura e uso do solo no PNBO. Uso e Cobertura do Porcentagem Área (há) Solo (%) Vegetação Aberta e Solo Exposto 69947,70 8,56 Vegetação Arbórea ,06 25,38 Vegetação Florestada ,70 65,80 Corpos d' água 2204,13 0,26 Perímetro do Parque ,59 100,00 Conforme Tabela 1, a maior área é a de vegetação florestada ficando por volta de 65%, enquanto solo exposto e vegetação aberta possuem por volta de 8% da área total do PNBO. Com a evolução de áreas degradadas, atualmente os valores dos intervalos obtidos na classificação do NDVI para a vegetação, vem aproximando mais ainda de áreas de condições de extrema probreza e baixa produtividade do solo. Sendo assim, as brocas para o cultivo vegetal e manejo animal tem ocasionado a fragmentação da vegetação matriz e o surgimento de bolsões de solos compactados, áreas com vegetação rasteira e solo exposto, como demonstra a figura 5. Essas áreas mais críticas (Figura 5) intensificam-se em áreas localizadas nos municípios de Juazeiro, Sobradinho, Campo Formoso e Umburanas. Em Sento Sé ocorre uma grande área de solo exposto e vegetação Figura 5 Áreas de riscos (Em destaques circundados), vegetação esparsa e solo exposto, baixos valores nos intervalos do NDVI. De acordo com a Figura 5, observa-se que há um efeito de borda em ralação a ocupação do solo nas margens do parque, verificando ocorrência de desmatamento, como visto no setor nordeste. O PNBO, ainda apresenta grande representatividade da Caatinga. Contém em seu trecho micro-climas favoráveis à garantia da biodiversidade e registros de espécies endêmicas da flora. Em geral o porte da vegetação está definido em sua maioria como Savana Estépica Arborizada (Ta) e Savana Estépica Florestada (Td) de acordo com o manual técnico do IBGE (1992). 4 CONSIDERAÇÕES FINAIS Práticas de pecuária extensiva e cultivos agrícolas aos longos dos anos, vêm contribuindo para a aceleração da degradação da Caatinga. O monitoramento com o sensoriamento remoto, por meio dos seus índices como o NDVI, que tem sido aperfeiçoado e constantemente aplicado na avaliação da vegetação e mostrou adequado no estudo do parque em proposição. Ao longo dos anos esse índice tem demonstrado grandes transformações e mostrando o quanto os biomas brasileiros perdem de cobertura vegetal. Em avaliações de 5, 10 ou 15 anos percebemos que cada vez mais os riscos de degradação dos biomas aumentam. Portanto, o sensoriamento remoto aliado a vistorias em áreas de Caatinga têm sido importantes para propormos áreas potenciais de unidades de conservação. Por isso, havendo a necessidade de resultados rápidos e

6 p eficientes, aplicam-se modelos propostos resultantes de MOREIRA, M.A. Fundamentos do análises do NDVI. Sendo uma das principais fontes de sensoriamento remoto e metodologias de aplicação. fornecimento de informações e identificação dessas áreas. 2.ed. Viçosa - MG: UFV, p. O NDVI serviu para avaliar a perda de vegetação nativa no interior e nas bordas do PNBO. Sendo essa área de grande extensão. Portanto, com essa análise ainda foi possível conhecer a matriz que cobre todo o parque. Assim, tendo a condição de interferência no avanço da degradação da área, principalmente na região nordeste do parque, onde o dimensionamento de perda de cobertura vegetal aumenta ainda mais a cada ano com o aparecimento de solo exposto aumentando o risco à degradação no interior do parque. Medidas de educação ambiental da comunidade do circunvizinha do PNBO são necessárias visando sua preservação, e de recuperação destas áreas considerando espécies nativas e suas características de acordo com as classes pretéritas. LEAL, I. R.; TABARELLI, M. & CARDOSO DA SILVA, J. M. (orgs.) In: Ecologia e Conservação da Caatinga. CASTELLETTI, H. M. Recife: Ed. Universitária da UFPE AGRADECIMENTOS Os autores desta obra agradecem a Universidade Federal do Vale do São Francisco pelo apoio logístico e infra-estrutura fornecida. REFERÊNCIAS QUEIROZ, L. P. Leguminosas da Caatinga. UEFS. Feira de Santana. 467p NOVO EML de M Sensoriamento Remoto: Princípios e aplicações. São Paulo: Edgar Blucher, p. GURGEL, Helen da C. Revista Brasileira de Eng. Agrícola, 2003 vol7 n1 Campina Grande-PB. JACKSON, R. D.; HUETE, A. R. Interpreting vegetation indices. Preventive Veterinary Medicine, v.11, n.3-4, p , WANG, Z. X.; LIU, C.; HUETE, A. From AVHRRNDVI to MODIS-EVI: Advances in vegetation index research. Acta Ecologica Sinica, v.23, n.5, p , MMA, Ministério do Meio Ambiente IBAMA, Monitoramento dos Biomas Brasileiros Bioma Caatinga, 2010, Brasília-DF. IBGE, Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Manual Técnico da Vegetação Brasileira, 1992, Rio de Janeiro-RJ.