DAIANI BERNARDO PIROVANI FRAGMENTAÇÃO FLORESTAL, DINÂMICA E ECOLOGIA DA PAISAGEM NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO ITAPEMIRIM, ES.

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS DAIANI BERNARDO PIROVANI FRAGMENTAÇÃO FLORESTAL, DINÂMICA E ECOLOGIA DA PAISAGEM NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO ITAPEMIRIM, ES. JERÔNIMO MONTEIRO - ES MARÇO 21

2 DAIANI BERNARDO PIROVANI FRAGMENTAÇÃO FLORESTAL, DINÂMICA E ECOLOGIA DA PAISAGEM NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO ITAPEMIRIM, ES. Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação em Ciências Florestais do Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Espírito Santo, como parte das exigências para obtenção do Título de Mestre em Ciências Florestais, Área de Concentração Ciências Florestais e Linha de Pesquisa Ecologia e Ecossistemas Florestais. Orientador: Profº Drº Aderbal Gomes da Silva. Co-Orientador: Profº Drº Alexandre Rosa dos Santos. JERÔNIMO MONTEIRO - ES MARÇO - 21

3 Dados Internacionais de Catalogação-na-publicação (CIP) (Biblioteca Setorial de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Espírito Santo, ES, Brasil) P672f Pirovani, Daiani Bernardo, 1985Fragmentação florestal, dinâmica e ecologia da paisagem na bacia hidrográfica do rio Itapemirim, ES / Daiani Bernardo Pirovani f. : il. Orientador: Aderbal Gomes da Silva. Co-orientador: Alexandre Rosa dos Santos. Dissertação (mestrado) Universidade Federal do Espírito Santo, Centro de Ciências Agrárias. 1. Paisagens fragmentadas. 2. Itapemirim, Rio, Bacia (MG e ES). 3. Bacias hidrográficas Brasil. 4. Ecologia florestal. 5. Sistemas de informação geográfica. I. Silva, Aderbal Gomes da. II. Santos, Alexandre Rosa dos. III. Universidade Federal do Espírito Santo. Centro de Ciências Agrárias. IV. Título. 63 CDU:

4 UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS Fragmentação florestal, dinâmica e ecologia da paisagem na bacia hidrográfica do rio Itapemirim. DAIANI BERNARDO PIROVANI Banca Examinadora: Prof. Dr. Aderbal Gomes da Silva Orientador DEF/UFES Prof. Dr. Alexandre Rosa dos Santos Co-orientador DER/UFES Prof. Dr. Roberto Avelino Cecílio Examinador interno DEF/UFES Prof. Dr. Sebastião Venâncio Martins Examinador externo DEF/UFV Prof. Dr. José Marinaldo Gleriani Examinador externo DEF/UFV Coordenador do PPGCF: Prof. Dr. José Franklin Chichorro UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO Jerônimo Monteiro, ES, 26 de Março de 21

5 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus pelo dom da vida, pelas graças concedidas, por me dar saúde e coragem para lutar. Aos meus pais, Geraldo e Neuza, eterna gratidão pela criação e pelos ensinamentos da vida que não se aprendem em sala de aula. Ao meu marido Leandro pelo amor, incentivo, paciência, compreensão e concessões realizadas, por estar ao meu lado sempre. A toda minha família, a aqueles que mesmo de longe demonstraram interesse, preocupação e curiosidade por esse estudo. Em especial aos meus irmãos Danilo, José Geraldo e Daniele. A todos os meus amigos e parceiros de luta da faculdade e mestrado, por compartilharem as dúvidas e as respostas, pelo aprendizado juntos na convivência diária, em especial Franciane, Telma, Kennedy, Otávio, Malcon e à antiga panelinha Larissa, Ariana, Denis e Lili. A minha grande amiga de sempre Lilianne Gomes da Silva, pela amizade sempre em prontidão, por estar sempre presente nos bons e maus momentos. Ao Prof. Dr. Aderbal Gomes da Silva por me orientar com seus ensinamentos, pela confiança, atenção e oportunidade de realização deste estudo. Ao Prof. Dr. Alexandre Rosa dos Santos pela ajuda em minha orientação, pelos ensinamentos, dedicação e colaborações. Ao Prof Dr. José Marinaldo Gleriani (UFV) pela atenção, interesse e ajudas com o programa Fragstats. Ao Centro de Ciências Agrárias em particular aos professores do Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais da Universidade Federal do Espírito Santo, por todo aprendizado durante o mestrado. A Fundação de Apoio à Ciência e Tecnologia do Espírito Santo FAPES pela concessão da bolsa que foi de grande ajuda para a realização deste trabalho. Ao Instituto de Defesa Agropecuária e Florestal IDAF e ao Instituto Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos IEMA por disponibilizarem as fotografias aéreas imprescindíveis neste estudo. iv

6 É melhor tentar e falhar, que preocupar-se e ver a vida passar, é melhor tentar ainda que em vão, que sentar-se fazendo nada até o final. Eu prefiro na chuva caminhar que em dias tristes em casa me esconder. Prefiro ser feliz, embora louco, que em conformidade viver. Martin Luther King v

7 RESUMO PIROVANI, Daiani Bernardo. Fragmentação florestal e dinâmica da ecologia da paisagem na bacia hidrográfica do rio Itapemirim, ES. 21. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) - Universidade Federal do Espírito Santo, Alegre-ES. Orientador: Prof. Dr. Aderbal Gomes da Silva. Co-orientador: Prof. Dr. Alexandre Rosa dos Santos. Este trabalho teve como principal objetivo geral analisar a estrutura da paisagem florestal na bacia do rio Itapemirim, ES por meio de métodos quantitativos com índices de ecologia da paisagem, visando à seleção de áreas aptas para a conservação ambiental; bem como estudar a influência do efeito de borda nos diferentes tamanhos desses fragmentos. Inicialmente foi obtido o mapeamento dos fragmentos florestais de toda área representativa da bacia do rio Itapemirim e feita a análise dos índices de ecologia da paisagem para três classes de tamanho dos fragmentos, sendo considerados pequenos aqueles com área inferior à 5 ha, médio aqueles com área entre 5 e 5 ha e fragmentos grandes todos aqueles com área superior à 5 ha. Para o cálculo das métricas de ecologia da paisagem foi utilizada a extensão Patch Analyst dentro do aplicativo computacional ArcGis 9.3. Ao todo foram encontrados fragmentos florestais em toda área, representando 17% de cobertura florestal. As caracterizações quantitativas por meio de métricas da paisagem foram feitas com os grupos de índices de área; densidade e tamanho, forma; proximidade e área nuclear; sendo este último obtido para diferentes simulações de efeito de borda (2, 4, 6, 8, 1, 14 e 2 m). Para todos os índices houve diferenciações com relação às classes de tamanho dos fragmentos florestais, mostrando que os fragmentos maiores apresentaram resultados de métricas da paisagem que indicaram a um maior grau de conservação que os fragmentos menores. Em seguida foi realizado mapeamento do uso da terra para os anos de 197 e 27 no entorno de duas unidades de conservação presentes na área de estudo, a Reserva Particular de Patrimônio Natural Cafundó e a Floresta Nacional de Pacotuba. Através do mapa de uso da terra das duas datas selecionadas, foi possível analisar as mudanças ocorridas no entorno da paisagem das unidades de conservação, quantificando a estrutura da paisagem por meio de métricas para os anos de 197 e 27. Ao longo dos 37 anos avaliados houve pouca mudança no uso e ocupação da terra no entorno das unidades, estando as duas áreas dominadas em sua maioria por pastagem. As métricas ou índices de ecologia da paisagem foram obtidos por meio da extensão Patch Analyst ao nível de paisagem e de classe, sendo obtidos valores para as 1 classes de uso e ocupação da terra mapeada. Os resultados da análise quantitativa por meio de métricas apontaram para um aumento na fragmentação da paisagem no entorno das Unidades de Conservação RPPN Cafundó e FLONA de Pacotuba. Palavras chave: Fragmentos florestais, índices de ecologia da paisagem, uso da terra, Patch Analyst, vi

8 ABSTRACT Pirovani, Daiani Bernardo. Forest and dynamic fragmentation of landscape ecology on the Itapemirim river hydrographic basin, ES. 21. Dissertation (Master s degree on Forest Science) - Universidade Federal do Espirito Santo, Alegre-ES. Advisor: Prof.. Dr. Aderbal Gomes da Silva. Co-supervisor: Prof. Dr. Alexandre Rosa dos Santos This study had as the most important objective to analyze the structure of forest landscape on the Itapemirim ES basin river, using quantitative methods with indexes of landscape ecology, aiming the selection of suitable areas for environmental conservation; and to study the influence of the edge effect on the different sizes of these fragments. Initially the mapping of the forest fragments was obtained of all representative area of the Itapemirim river basin and the indexes analysis of landscape ecology for three size classes of fragments was made, where the ones considered small were those which area was lower than 5 ha, average those which area between 5 and 5 ha and large fragments all those with area larger than 5 ha. For the calculation of the metrics of landscape ecology the extension Patch Analyst was used within the computational application ArcGis 9.3. In general 3285 forest fragments were found in all the area, representing 17% of forest covering. Quantitative characterizations through landscape metrics were made with groups of area index, density and size, shape, proximity and nuclear area, the latter obtained for different simulations of edge effect (2, 4, 6, 8, 1, 14 and 2 m). For all indexes there were differentiations about the size classes of the forest fragments, indicating that the larger fragments showed results of landscape metrics that indicated a higher degree of conservation than the smaller fragments. Then mapping of land use for the years 197 and 27 was performed in the vicinity of two preservation areas present in the study area, the Private Reserve of Natural Heritage Cafundó and the National Forest of Pacotuba. Through the land use map of the two selected dates, we could analyze the changes which occurred in the surrounding landscape of preservation areas, quantifying the landscape structure through metrics for the years 197 and 27. Over the 37 evaluated years there was little change in the use and occupancy of the land surrounding the units, where the two areas are dominated mostly by grazing. Metrics or indexes of landscape ecology were obtained through the extension Patch Analyst at landscape and class level, and values for the 1 classes of use and occupancy of land mapped were obtained. The results of quantitative analysis by metrics pointed to an increase in fragmentation of the landscape surrounding the Units of Conservation RPPN Cafundó and FLONA of Pacotuba. Keywords: Forest fragments, indexes of landscape ecology, land use, Patch Analyst, vii

9 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Modelo mancha-corredor-matriz Figura 1.1- Localização da área de estudo Figura 1.2- Etapas da metodologia utilizada para elaboração do mapa de fragmentação florestal Figura 1.3- Mapa dos fragmentos florestais identificados na área de estudo... Figura 1.4- Distribuição das classes de tamanho dos fragmentos florestais dentro da área de estudo... Figura Relação entre o número de fragmentos florestais e as suas respectivas áreas das classes de tamanho... Figura Comportamento do índice de área central total com o aumento da distância de borda para as classes de tamanho dos fragmentos florestais... Figura Comportamento do número de áreas centrais com o aumento da distância de borda para as classes de tamanho dos fragmentos florestais... Figura Comportamento da área central média com o aumento da distância de borda para as classes de tamanho dos fragmentos florestais... Figura Localização das Unidades de Conservação FLONA de Pacotuba e RPPN Cafundó na área de estudo presente na bacia hidrográfica do rio Itapemirim... viii 84

10 Figura 2.2- Fotografia aérea da área de estudo correspondente ao entorno da RPPN Cafundó no ano de 197 após georeferenciamento e mosaicagem... Figura Fotografia aérea da área de estudo correspondente ao entorno da FLONA de Pacotuba no ano de 197 após georeferenciamento e mosaicagem... Figura 2.4- Ortofotomosaico da área de estudo correspondente ao entorno da RPPN Cafundó no ano de Figura Ortofotomosaico da área de estudo correspondente ao entorno da FLONA de Pacotuba no ano de Figura Fluxograma da metodologia dos mapas de uso e ocupação da terra... 9 Figura Uso e ocupação da terra no entorno da RPPN Cafundó no ano de Figura 2.8. Uso e ocupação da terra no entorno da RPPN Cafundó no ano de Figura Uso e ocupação da terra no entorno da FLONA de Pacotuba no ano de Figura 2.1- Uso e ocupação da terra no entorno da FLONA de Pacotuba no ano de ix 11

11 LISTA DE TABELAS Tabela Índices de Ecologia da Paisagem gerados ao nível de classe através do Patch Analyst para os fragmentos florestais... Tabela Índices de ecologia da paisagem calculados para a área em estudo... Tabela Valores dos índices de ecologia da paisagem relativos às métricas de área central gerados pelo Patch Analyst utilizando diferentes distâncias de faixa sob efeito de borda para as classes de tamanho dos fragmentos florestais... Tabela Número de pixels e resolução espacial das aerofotos... Tabela Índices de Ecologia da Paisagem calculados para a área de estudo... Tabela Classes selecionadas para o mapeamento do uso da terra no entorno das UC s... Tabela Valores de área das classes de uso e ocupação da terra no entorno da RPPN Cafundó nos anos de 197 e Tabela Valores de área das classes de uso e ocupação da terra no entorno da FLONA de Pacotuba nos anos de 197 e Tabela Métricas da paisagem no entorno da RPPN Cafundó nos anos de 197 e x 12

12 Tabela Valores das métricas referentes às classes de uso e ocupação da terra na paisagem do entorno da RPPN Cafundó no ano de Tabela Valores das métricas referentes às classes de uso e ocupação da terra na paisagem do entorno da RPPN Cafundó no ano de Tabela Métricas da paisagem no entorno da FLONA de Pacotuba nos anos de 197 e Tabela Valores das métricas referentes às classes de uso e ocupação da terra na paisagem do entorno da FLONA de Pacotuba no ano de Tabela Valores das métricas referentes às classes de uso e ocupação da terra na paisagem do entorno da FLONA de Pacotuba no ano de xi 114

13 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO GERAL OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA FRAGMENTAÇÃO FLORESTAL ECOLOGIA DA PAISAGEM ESTRUTURA DA PAISAGEM QUANTIFICAÇÃO DA ESTRUTURA DA PAISAGEM ÍNDICES DE ÁREA ÍNDICES DE DENSIDADE E TAMANHO ÍNDICES DE BORDA ÍNDICES DE FORMA ÍNDICES DE PROXIMIDADE ÍNDICES DE DIVERSIDADE ÍNDICES DE ÁREA CENTRAL SELEÇÃO DE ÍNDICES DE ECOLOGIA DA PAISAGEM GEOTECNOLOGIAS NA ECOLOGIA DE PAISAGENS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS xii

14 CAPÍTULO 1: ANÁLISE ESPACIAL DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS NA BACIA DO RIO ITAPEMIRIM, ES RESUMO ABSTRACT INTRODUÇÃO MATERIAL E MÉTODOS CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO MAPEAMENTO DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS ANÁLISE DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS POR MEIO DE MÉTRICAS DA PAISAGEM RESULTADOS E DISCUSSÃO MAPEAMENTO DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS ANÁLISE DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS POR MEIO DE MÉTRICAS DA PAISAGEM CONCLUSÕES REFERÊNCIAS CAPÍTULO 2: EVOLUÇÃO TEMPORAL DO USO DA TERRA E ANÁLISE DA ESTRUTURA DA PAISAGEM NO ENTORNO DAS UNIDADES DE CONSERVAÇÃO RPPN CAFUNDÓ E FLORESTA NACIONAL DE PACOTUBA RESUMO ABSTRACT INTRODUÇÃO MATERIAL E MÉTODOS CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO... 7 xiii

15 2.2 EVOLUÇÃO TEMPORAL DO USO E OCUPAÇÃO DA TERRA NO ENTORNO DAS UC S RPPN CAFUNDÓ E FLONA DE PACOTUBA ANÁLISE QUANTITATIVA DA ESTRUTURA DA PAISAGEM NO ENTORNO DAS UC S RPPN CAFUNDÓ E FLONA DE PACOTUBA RESULTADOS E DISCUSSÃO EVOLUÇÃO TEMPORAL DO USO E OCUPAÇÃO DA TERRA NO ENTORNO DA RPPN CAFUNDÓ EVOLUÇÃO TEMPORAL DO USO E OCUPAÇÃO DA TERRA NO ENTORNO DA FLONA DE PACOTUBA ANÁLISE QUANTITATIVA DA ESTRUTURA DA PAISAGEM NO ENTORNO DA RPPN CAFUNDÓ MÉTRICAS AO NÍVEL DE PAISAGEM NO ENTORNO DA RPPN CAFUNDÓ MÉTRICAS AO NÍVEL DE CLASSES DA PAISAGEM NO ENTORNO DA RPPN CAFUNDÓ ANÁLISE QUANTITATIVA DA ESTRUTURA DA PAISAGEM NO ENTORNO DA FLONA DE PACOTUBA MÉTRICAS AO NÍVEL DE PAISAGEM NO ENTORNO DA FLONA DE PACOTUBA MÉTRICAS AO NÍVEL DE CLASSES DA PAISAGEM NO ENTORNO DA FLONA DE PACOTUBA CONCLUSÕES REFERÊNCIAS CONSIDERAÇÕES FINAIS xiv

16 1. INTRODUÇÃO GERAL O processo de fragmentação florestal é um fenômeno grave, impulsionado pela atividade desordenada de uso e ocupação da terra, pelo modelo econômico vigente e pelo crescimento populacional. Atualmente é mais estudado pela comunidade científica, representando preocupação para a população em geral, pois os fragmentos florestais sofrem pressões diversas que resultam diretamente em perda da biodiversidade. Os fragmentos são expostos a mudanças físicas e biogeográficas, em grande ou pequena escala, e seus efeitos dependem de variações no tamanho, forma, posição na paisagem e grau de isolamento. As espécies que conseguem manter-se nos fragmentos tendem a se tornar dominantes, diminuindo a riqueza e equabilidade biológica (HANSON et al, apud CASTRO, 24).Os aspectos mais graves do processo de fragmentação florestal são a perda da biodiversidade e o efeito de borda. A borda do fragmento florestal é a área por onde se inicia a maior parte dos processos físicos e biológicos ligados à fragmentação. Entre os impactos negativos desse processo, cita-se o aumento de plantas invasoras que abafam outras espécies vegetais de importância para a configuração e longevidade do fragmento. Ainda, Viana (199) chamou a atenção para o distúrbio do regime hidrológico das bacias hidrográficas, degradação dos recursos naturais e a deterioração da biodiversidade. Para estudar os padrões de estrutura espacial dos fragmentos florestais foram desenvolvidas métricas ou índices de ecologia. Várias dessas métricas têm sido usadas para descrever padrões espaciais, a partir de produtos temáticos obtidos através do uso integrado das ferramentas de sensoriamento remoto e geoprocessamento. Desta forma, tais ferramentas são importantes como subsídios para tomada de decisões no tocante ao ambiente natural, políticas agrícolas e rurais, costeiras e de transportes. Segundo Pereira et al. (21) a Ecologia da Paisagem baseia-se na premissa de que os padrões dos elementos da paisagem influenciam significativamente os processos ecológicos. Assim, o aumento de estudos em ecologia da paisagem é, justamente, função de sua habilidade em quantificar a 1

17 estrutura da paisagem, que é um pré-requisito para compreensão das funções e mudanças de uma paisagem. Estudos de longo prazo sobre mudanças espaciais e temporais de remanescentes de fragmentos naturais de florestas tropicais são importantes para permitir a distinção entre processos dinâmicos naturais e mudanças resultantes da ação antrópica (KORNIG e BALSLEV, 1994). Para fins de manutenção da biodiversidade, a realização de estudos utilizando métricas ou índices de ecologia da paisagem é muito importante, pois a análise dos valores das métricas permite identificar áreas aptas à conservação por meio da interpretação dos resultados de área, forma, borda, proximidade e área central dos fragmentos. A maior parte da biodiversidade remanescente da Mata Atlântica encontra-se, hoje, localizada em fragmentos florestais, sendo necessária a realização de estudos visando à conhecer a caracterização espacial de tais fragmentos a fim de estabelecer-se estratégias de conservação dos mesmos. A bacia hidrográfica do rio Itapemirim encontra-se em área de domínio do bioma Mata Atlântica, apresentando-se em avançado processo de fragmentação devido à ocupação territorial marcada pela introdução da cafeicultura, a partir da segunda metade do século XIX. Em sequência às lavouras de café, as terras desta região passaram a ser utilizadas com pastagens acompanhando os ciclos de expansão e retração da economia cafeeira e o esgotamento da fertilidade das terras (Secretaria de Estado da Agrigultura do Espírito Santo, 1988). 2

18 1.1. OBJETIVO GERAL Analisar a estrutura da paisagem florestal na bacia do rio Itapemirim, ES por meio de métodos quantitativos, bem como estudar a influência do efeito de borda nos fragmentos florestais de diferentes tamanhos. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS a) Elaborar o mapa dos fragmentos florestais em uma área da bacia do rio Itapemirim no ano agrícola 27-28; b) Identificar o padrão dos fragmentos florestais existentes na área; c) Estudar a estrutura da paisagem florestal por meio de índices de ecologia da paisagem, sob os aspectos de quantificação do arranjo espacial dos fragmentos que compõem o mosaico da paisagem e da avaliação da complexidade estrutural dos fragmentos florestais em termos de área, núcleo, forma e composição de borda; d) Selecionar diferentes grupos de fragmentos florestais em função do tamanho a fim de avaliar a influência de diferentes distâncias de efeito de borda nos diferentes grupos de tamanho de fragmentos encontrados; e) Mapear o uso e ocupação da terra, quantificar e analisar as mudanças estruturais da paisagem, nos anos de 197 e 27, no entorno de duas Unidades de Conservação. 3

19 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. FRAGMENTAÇÃO FLORESTAL A fragmentação florestal no Brasil iniciou com a ocupação territorial durante a colonização. O desmatamento foi orientado pelas atividades socioeconômicas de forma que a velocidade e a intensidade ocorreram de acordo com o nível de ocupação e estrutura estabelecida pelas vilas ou conglomerados populacionais. Segundo Teixeira (26) o processo de ocupação aconteceu por etapas que obedeciam a um movimento de Leste para Oeste. A Mata Atlântica que é, por sua alta diversidade de espécies e nível de endemismo, um dos complexos vegetacionais mais singulares no mundo (Mori et al., 1981; Fonseca, 1985), vem sofrendo historicamente as consequências do intenso processo de fragmentação (Dean, 1996; Viana e Tabanez, 1996; Ranta et al., 1998). Segundo a Fundação SOS Mata Atlântica e o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE (29) restam atualmente apenas 7,91%, ou seja, km2 da área originalmente coberta pela Mata Atlântica. Esse número totaliza os fragmentos com área superior a 1 hectares, ou 1km2, distribuídos em fragmentos, sendo desconsiderada a área do Bioma Mata Atlântica do estado do Piauí, que até o momento não foi mapeado. Esse ecossistema se torna cada vez mais frágil, despertando preocupações no desenvolvimento de estudos para manter a sustentabilidade dos fragmentos florestais remanescentes. De acordo com Viana (199) um fragmento florestal é qualquer área de vegetação natural contínua, interrompida por barreiras antrópicas (estradas, cidades, culturas agrícolas, pastagens etc.) ou naturais (montanhas, lagos, outras formações vegetacionais, etc.), capazes de diminuir significativamente o fluxo de animais, pólen e/ou sementes. É, portanto, produto de uma ação natural ou antrópica. No entanto, para Ishihata (1999) a fragmentação é a separação artificial do hábitat em fragmentos espacialmente isolados e envolvidos por uma matriz altamente modificada ou degradada, que pode ser constituída por culturas agrícolas ou outro tipo de uso do solo. 4

20 A maior parte das áreas remanescentes de Mata Atlântica é representada por fragmentos pequenos, de domínio privado (Fonseca, 1985; Ranta et al., 1998), submetidos a diferentes pressões, como relevo acidentado. No Estado do Espírito Santo a fragmentação ocorreu de forma desigual nas diferentes regiões. Houve inicialmente a derrubada de florestas para formação de roças e retirada de lenha, intensificada com a retirada de madeira de lei, seguidas da produção de cana-de-açúcar no Sul e farinha de mandioca no Norte (SEAG, 1988). Na segunda metade do século XIX, teve início à expansão cafeeira que logo passou a ser a principal atividade econômica do Estado. No ano de 1958 houve o seu declínio, causando o abandono de terras e a transformação das áreas em pastagens, caracterizando o ciclo mata-cafépastagens. Segundo a Fundação SOS Mata Atlântica (29) o Estado do Espírito Santo possui 11,1 % de sua cobertura original de mata atlântica. As intervenções antrópicas nas paisagens naturais têm como uma das principais consequências a perda de hábitat e a fragmentação dos ecossistemas (FAHRIG, 23). A fragmentação caracteriza-se pela ruptura de uma unidade da paisagem, que inicialmente apresentava-se sob forma continua, surgindo assim parcelas menores com dinâmicas diferentes das existentes no ambiente original (METZER, 23). Essas parcelas tornam-se áreas desconectadas do funcionamento biológico da paisagem original (DIAS et al, 2). Os fragmentos funcionam, então, como verdadeiras ilhas de diversidade cercadas por áreas não florestadas (DEBINSK e HOLT, 2). Segundo Dent e Young (1993), apud Pedron (26), as consequências da fragmentação florestal são: redução da área de ecossistemas naturais, distúrbio no regime hidrológico das bacias hidrográficas, mudanças climáticas, erosão do solo, inundações e assoreamento das bacias hidrográficas, degradação dos recursos naturais, favorecimento ao estabelecimento de espécies invasoras, e, ainda, mudanças nos fluxos químicos e físicos da paisagem, incluindo os movimentos de calor, vento, água e nutrientes. Além disso, a fragmentação resulta em remanescentes de vegetação nativa que se avizinham a usos agrícolas e a outras formas de uso, e como resultado o fluxo de radiação, a água e os nutrientes dos solos são alterados significativamente (SAUNDERS et al., 1991). 5

21 Os fragmentos florestais são resultado de diferentes histórias de perturbação da vegetação, nas quais interagiram, ao longo do tempo, fatores inúmeros e diversos (ARAGAKI, 1997). A riqueza e a abundância de certas espécies florestais dependem das características estruturais dos fragmentos para existirem (Metzger, 2). A fragmentação torna-se ainda mais impactante se considerada a diversidade, não somente como o conjunto de espécies, mas também como o patrimônio genético de cada espécie. A diminuição no tamanho populacional efetivo aumenta os efeitos negativos da deriva genética, endogamia e perda de alelos. Algumas vezes até a reprodução dos indivíduos pode ser comprometida, como no caso de espécies de fecundação cruzada obrigatória (DIAS et al, 2). De acordo com Metzer (21) o processo de fragmentação leva à formação de uma paisagem em mosaico com a estrutura constituída por manchas ou fragmentos, corredores e a matriz. O estudo desses elementos da paisagem, bem como as suas interações, é de grande importância para a compreensão dinâmica da paisagem, auxiliando na definição de técnicas de manejo visando à recuperação e ou a conservação dos remanescentes florestais ECOLOGIA DA PAISAGEM A ecologia de paisagens é considerada uma área de conhecimento emergente (HOBBS, 1994). Segundo Risser et al (1984), há duas abordagens distintas em ecologia de paisagens: uma nascida na Europa, em meados do século passado (abordagem geográfica), e outra mais jovem, que surgiu a partir de um workshop norteamericano em Illinois (abordagem ecológica). Existem várias definições para o termo ecologia da paisagem, dependendo do tipo de abordagem e autores. Pensando nisso, segue algumas definições de ecologia de paisagens na visão de alguns autores. Para Forman e Godron (1986) a ecologia de paisagens é entendida como o estudo da estrutura, função e dinâmica de áreas heterogêneas compostas por ecossistemas interativos. Segundo Turner (1989) trata-se de 6

22 uma área de conhecimento que dá ênfase às escalas espaciais amplas e aos efeitos ecológicos do padrão de distribuição espacial dos ecossistemas. Risser et al (1984) define ecologia de paisagens como uma área de conhecimento que considera o desenvolvimento e a dinâmica da heterogeneidade espacial, as interações e trocas espaciais e temporais através de paisagens heterogêneas, as influências da heterogeneidade espacial nos processos bióticos e abióticos e o manejo da heterogeneidade espacial. A ecologia de paisagens segundo Naveh e Lieberman (1994) é uma ciência interdisciplinar que lida com as interações entre a sociedade humana e seu espaço de vida, natural e construído. Essa última definição aponta para uma ecologia humana de paisagens, representando a abordagem geográfica, enquanto as demais definições apontam para uma ecologia espacial de paisagens preocupada com a consequência dos padrões espaciais e a forma pela qual a heterogeneidade se expressa nos processos ecológicos (METZER, 21), representando assim a abordagem ecológica. A primeira pessoa a introduzir o termo paisagem no âmbito científico foi o geo-botânico Alexander Von Humboldt, no início do século XIX, no sentido de característica total de uma região terrestre. Em 1939, o termo ecologia de paisagens foi pela primeira vez empregado pelo biogeógrafo alemão Carl Troll, apenas quatro anos depois de Tansley (1935) ter introduzido o conceito de ecossistema e o ponto de partida da ecologia da paisagem é muito semelhante ao da ecologia de ecossistemas, porém a definição de paisagem difere grandemente da definição de ecossistema. Enquanto Tansley, ao definir ecossistema, deixa claro que trata- se de um sistema, em que há interdependência de seus componentes, existência de um ciclo de matéria e de mecanismos de auto-regulação (TROPPMAIR, 2), para Troll (1971) a noção básica de paisagem é a espacialidade, a heterogeneidade do espaço onde o homem habita. A palavra paisagem possui conotações diversas em função do contexto e da pessoa que a usa: pintores, geógrafos, geólogos, arquitetos, ecólogos, todos tem uma interpretação própria do que é paisagem. Apesar da diversidade de conceitos, a noção de espaço aberto, espaço vivenciado ou de 7

23 espaço de inter-relação do homem com o seu ambiente está imbuída na maior parte dessas definições (METZER, 21). Para Turner e Gardner (199), a paisagem pode ser simplesmente considerada como uma área espacialmente heterogênea, contudo três de suas características devem ser consideradas: sua estrutura, sua função e suas alterações. Essas características são definidas por Forman e Godron (1986) como: (1) estrutura: relação espacial entre diferentes ecossistemas ou elementos presentes na paisagem, ou seja, é a distribuição dos materiais e espécies em relação ao tamanho, forma, número, tipo e configuração dos ecossistemas; (2) função: refere-se à interação entre os elementos espaciais, que são o fluxo de informações genéticas, materiais e organismos dos ecossistemas componentes; e (3) alterações: mudanças na estrutura e função do mosaico ecológico, ao longo do tempo. De acordo com McGarigal e Marks (1995) a capacidade de quantificar a estrutura da paisagem é, portanto, o pré-requisito para o estudo da função e das alterações de uma paisagem ESTRUTURA DA PAISAGEM. O conceito de estrutura da paisagem é relativamente jovem dentro da ecologia de paisagens. Trata-se do estudo do mosaico da paisagem que aparece como o padrão e ordenamento espacial específico das unidades de paisagem numa determinada seção de pesquisa. Trabalha com as feições espaciais/estruturais observáveis e mensuráveis na paisagem e caracteriza as suas condições, seu desenvolvimento e sua mudança temporal (BLASCHKE, 2; TURNER et al, 21), apud Lang e Blaschke, 29). Trata-se, em síntese, das causas e efeitos da heterogeneidade espacial sobre os diferentes processos ecológicos. Segundo Loffler (23), apud Lang e Blaschke (29), estruturas da paisagem são fortemente formadas e alteradas pelo homem, por isso, a 8

24 paisagem também é vista como um tipo de interface entre as esferas biótica, abiótica e humana. O conceito de estrutura da paisagem foi fortemente determinado por ferramentas apoiadas em computador e por métodos do processamento de informações geográficas, bem como do processamento digital de imagens (LANG e BLASCHKE, 29). O mesmo autor cita ainda que para a avaliação analítica da estrutura da paisagem, desenvolveu-se um conjunto de métodos designados medidas da estrutura da paisagem (métricas), que deve ser considerado como o coração metodológico do conceito de estrutura da paisagem. Por apoiar-se numa forma de observação espacial, do conceito de estrutura da paisagem, resulta a necessidade de modernos métodos de processamento de informações geográficas, bem como de teorias fundamentais da divisão hierárquica de paisagens e do holismo (LANG et al, 24). Segundo Forman e Godron (1986); Metzer (21) a estrutura da paisagem é composta pelos elementos: fragmento, matriz e corredor. Os fragmentos, também descritos por alguns autores como patches ou manchas, são os menores elementos observáveis da paisagem (ZONNEVELD, 1989), considerado ainda por Forman e Gordon (1986), Farina (1998), Turner e Gardner (21), como a mais importante unidade espacial elementar da paisagem a ser estudada. Para Forman e Godron (1986) os fragmentos são superfícies não lineares, que estão inseridas na matriz e diferem em aparência do seu entorno, variam em tamanho, forma, tipo de heterogeneidade e limites. Kotliar e Wiens (199), apud Valente (21), complementam que os fragmentos são dinâmicos, ocorrem em diferentes escalas temporais e espaciais e possuem uma estrutura interna. Para Shannon e Weaver (1949) os portadores de informação de uma paisagem são as manchas individuais ou fragmentos, diferenciadas pela sua abundância, ou seja, pela sua variabilidade. Os corredores se representam como estruturas lineares, funcionando como linhas-guia para espécies de animais migratórios, contribuindo, significativamente, para o aumento da variedade de espécies e do conjunto de 9

25 indivíduos. A manutenção e a implantação de corredores, com vegetação nativa, são consideradas por Metzger et al. (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. Os mesmos autores relatam ainda que a estrutura externa dos corredores, definida por sua largura e complexidade na distribuição espacial, é que irá determinar o acontecimento dos deslocamentos na paisagem. Para Muchailh (27) os corredores constituem-se em importante instrumento de planejamento ambiental, no sentido de potencializar a cooperação entre as diversas esferas de governo e segmentos da sociedade civil com objetivo de buscar a conciliação entre a conservação da biodiversidade e o desenvolvimento sócio-econômico. A matriz representa o tipo de elemento com maior conectividade e que ocupa a maior extensão na paisagem e que, por esse motivo, tem maior influência no funcionamento dos outros ecossistemas (MCGARIGAL e MARKS, 1995). Forman e Godron (1986) definem matriz como um elemento estendido da paisagem relativamente homogêneo, que inclui manchas e corredores de diferentes tipos, desempenhando um papel relevante para o fluxo de energia, o ciclo das substâncias e o regime das espécies na paisagem. A matriz pode ser considerada como o meio onde estão contidas as outras unidades, representando um estado atual do habitat: intacto, alterado ou antropizado. Em ambientes primários representa o habitat natural. Já em ambientes fragmentados, ela envolve os remanescentes do ambiente original (MCINTYRE e HOBBS, 1999 apud MUCHAILH, 27), os quais constituem as manchas ou fragmentos. De acordo com Valente (21) o conhecimento dos elementos ou os componentes de uma paisagem é essencial para a caracterização de sua estrutura e para a identificação de seus padrões. Para Dunning et al.(1992) e Turner (1989) a estrutura de uma paisagem deve ser caracterizada e ter seus padrões definidos com base na sua configuração e composição. Esses dois aspectos podem, independentemente ou combinados, influenciar no processo, que constitui o principal enfoque de determinado estudo. 1

26 Os componentes da estrutura da paisagem, mancha corredor e matriz, estão representados na Figura 1. Figura 1. Modelo mancha-corredor-matriz, adaptado de Lang e Blaschke, QUANTIFICAÇÃO DA ESTRUTURA DA PAISAGEM 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 (PEREIRA et al, 21). Por este motivo muita ênfase tem sido dada ao desenvolvimento de métodos que quantificam a estrutura da paisagem (TURNER, 1989; TURNER e GARDNER, 199). Segundo Carrão et al. (21) 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 11

27 compreender a estrutura complexa da paisagem e a forma como esta influencia determinadas relações ecológicas. A variedade de índices existentes em ecologia da paisagem levou autores como McGarigal e Marks (1995) a agruparem esses 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; índices de diversidade e índices métricos de contágio e espalhamento Índices de Área Os índices ou métricas de área quantificam o tamanho dos fragmentos e, no geral, são as bases do conhecimento da paisagem, pois, segundo Almeida (28) são métricas utilizadas por muitas outras métricas já que do seu valor dependem os resultados de alguns índices, sendo úteis para estudos ecológicos. Para Forman e Godron (1986) é uma das mais importantes informações de uma paisagem, não somente porque é a base para o cálculo de outros índices, como também porque é por si só, uma informação de grande valor. O tamanho das unidades tem sido frequentemente utilizado como base para a modelagem dos padrões de distribuição e riqueza de espécies, afetando as funções internas de um fragmento, como por exemplo, as variáveis microclimáticas e a forma. Pode afetar também taxas de ciclagem de nutrientes e o tamanho de agregados de propágulos para a colonização vegetal (FORMAN e GODRON, 1986). Para Kapos (1989) o tamanho do fragmento é um fator importante para a dinâmica populacional e os efeitos de borda podem reduzir ainda mais a área efetiva do fragmento para determinadas espécies. Os índices de área quantificam a composição das paisagens. Como 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,199). A seguir são apresentadas as equações dos índices de área propostas por McGarigal e Marks (1995): 12

28 a) Área da classe (CA) CA= =1 ci (1) 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 (TLA) TLA= ni=1 (2) Em que: TLA = Soma das áreas de todas as manchas na paisagem em hectares; ai = Área da i-ésima mancha dentro da paisagem total Índices de Densidade e tamanho Os índices de densidade, tamanho e variabilidade métrica são medidas da configuração da paisagem. Como exemplos desses índices têm-se: o número de fragmentos; o tamanho médio dos fragmentos nas suas respectivas classes; o desvio padrão e o coeficiente de variação do tamanho (MCGARIGAL e MARKS,1995). Segundo Volotão (1998) os índices de densidade e tamanho são importantes por caracterizarem os fragmentos (número de fragmentos, tamanho médio, densidade, variação etc.) e por permitirem que se ordene por grau de fragmentação, heterogeneidade de fragmentos ou outros aspectos relacionados aos fragmentos na paisagem. A seguir são apresentadas as equações dos índices de densidade e tamanho propostas por McGarigal e Marks (1995): a) Número de manchas (NUMP) Quantifica o número de fragmentos ou manchas existentes em cada classe ou na paisagem. NUMP= ni (3) Em que: 13

29 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 (MPS): 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. MPS= Em que: n j=1 aij (4) ni 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 (PSSD) É uma medida de variação absoluta. Para o tamanho médio expressa, em média, o quanto os valores observados variam em relação à sua média. PSSD= n j=1 aij - Em que: n ni j=1 aij ni 2 (5) 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. d) Coeficiente de variação do tamanho médio dos fragmentos (PSCoV) É uma medida de variação relativa. Dessa maneira quantifica a variação dos dados em função da média. 14

30 PSCoV= Em que: PSSD 1 MPS (6) PSCoV = Coeficiente de variação do tamanho médio dos fragmentos; PSSD= Desvio padrão do tamanho dos fragmentos; MPS = Tamanho médio dos fragmentos Índices de Borda O efeito de borda é uma consequência ecológica da fragmentação florestal, representando diferenças de fatores bióticos e abióticos que existem ao longo da borda de um fragmento relativo ao seu interior. A borda geralmente possui estrutura e composição da vegetação, microclima e fauna diferenciada do interior da floresta, sendo a principal zona que sofre com eutrofização por fertilizantes e invasão por espécies daninhas, provindos das áreas exploradas (PORTELA, 22). Vários fenômenos ecológicos se caracterizam pela quantidade total de bordas, e a informação sobre as bordas (que pode caracterizar pelo padrão espacial o efeito de borda) é, conforme os estudos mais recentes, um importante aspecto estudado pelos investigadores ecológicos. O efeito de bordas numa floresta, por exemplo, resulta em diferentes intensidades de vento e intensidade e qualidade de iluminação solar, produzindo microclimas e taxas de distúrbio (VOLOTÂO, 1998). Segundo Ribeiro e Marques (25) o aumento na proporção de bordas eleva a temperatura do ar e o déficit de pressão do vapor, estendo-se por muitos metros para dentro dos fragmentos. Esse processo promove um conjunto de mudanças no equilíbrio do ambiente, alterando as relações ecológicas entre populações da fauna, flora e meio abiótico. Para Dias et al (2) o efeito de borda favorece o estabelecimento de espécies generalistas que são atraídas para as bordas, podendo mesmo penetrar nos núcleos dos fragmentos. Tais espécies possuem uma excelente habilidade de dispersão e capacidade para invadir e colonizar ambientes em distúrbios. 15

31 Os índices de borda usualmente são considerados como representantes da configuração da paisagem, porém nem sempre sua distribuição espacial é explícita. São considerados índices de borda: o perímetro; o índice de contraste de borda; o total de borda de uma classe e a densidade de borda e outros. Esses índices têm como limitação o fato de não levar em conta o grau de contraste entre o fragmento e a paisagem circunvizinha. O contraste entre bordas pode influenciar de diversas maneiras os processos ecológicos do fenômeno sob investigação (MACGARIGAL; MARKS, 1995). A seguir são apresentadas as equações dos índices de borda propostas por McGarigal e Marks (1995): a) Total de Bordas (TE) O total de bordas representa a soma dos perímetros bordas dentro da classe ou paisagem. TE= ni=1 ei de todas as (7) Em que: TE = soma de todas as bordas da classe ou paisagem em metros; ei = borda (perímetro) da i-ésima mancha. b) Densidade de bordas (ED) Representa a quantidade de bordas relativa à área da classe ou paisagem. ED= TE TLA (8) Em que: ED = Densidade de bordas em metros por hectare; TE = Total de bordas; TLA= Área total da paisagem. 16

32 2.4.4 Índices de Forma Segundo Volotão (1998) o tamanho e a forma dos fragmentos de paisagem podem indicar inúmeros processos ecológicos importantes. O índice de forma pode influenciar processos entre fragmentos, como a migração de pequenos mamíferos e a colonização de plantas de médio e grande porte, também influenciam as estratégias de fuga de certos animais. Entretanto, de acordo com o autor, o principal aspecto da forma é a relação com o efeito de borda. A relação entre o perímetro e a área de um fragmento de habitat está diretamente ligada à forma desse fragmento. Quanto menor for essa relação, menor também será a borda e vice-versa (MMA/SBF, 23). De acordo com Almeida (28) fragmentos de habitats mais próximos ao formato circular têm a razão borda-área minimizada e, portanto, o centro da área está eqüidistante das bordas. Assim sendo, a área central encontra-se protegida dos fatores externos. Áreas mais recortadas têm maior proporção de bordas que as menos recortadas, então, fragmentos com área maiores e menos recortadas são preferíveis, porque apresentam menor proporção de borda /área. Os índices de forma são indicadores da configuração da paisagem. McGarigal e Marks (1995) citam que, a quantificação dessa variável é extremamente complicada, sendo necessário adotar-se uma paisagem padrão, para efeito de comparação. Para Turner e Ruscher (1988) a dimensão fractal é a maneira mais correta de quantificar essa variável. A seguir são apresentadas as equações dos índices de forma propostas por McGarigal e Marks (1995): a) Índice de forma média (MSI): 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 17

33 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. MSI= n j=1 Em que:,25pij ni aij (9) 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 (AWMSI): 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. AWMSI= nj=1 Em que:,25 pij aij aij n j=1 aij (1) 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 (MPFD): 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 dividindose 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 representação, sendo que MSI varia de 1 ao infinito. Por meio da análise da dimensão fractal podemos quantificar as relações de escalação. 18

34 MPFD= Em que: 2 ln,25pij ln aij (11) MPFD = Dimensão fractal da mancha média; Pij = perímetro do fragmento ij; aij = área do fragmento i na classe j Índices de Proximidade Os índices de proximidade se referem às métricas que se baseiam na distância do vizinho mais próximo nos três 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 suas proximidades, baseado na distância borda-a-borda. Essas métricas quantificam a configuração da paisagem. A proximidade entre os fragmentos é importante para os processos ecológicos, e tem implícito em seus valores o grau de isolamento dos fragmentos (VOLOTÃO, 1998; FORMAN e GODRON,1986). Pela análise dos índices de proximidade chega-se a conclusões sobre o grau de isolamento de um fragmento e a respeito do nível de fragmentação da paisagem. Para Yong e Merriam (1994) o surgimento de habitats menores, resultado do processo de fragmentação, contribui, significativamente, para a redução em tamanho e variabilidade genética das espécies florestais, bem como para seu isolamento. As consequências dessas perdas levam ao aumento da endogâmia entre espécies e/ou das pressões genéticas. A dificuldade de movimentação de organismos entre fragmentos é proporcional ao grau de isolamento e ao nível de resistência da matriz circundante e do organismo em questão. Por exemplo, algumas aves podem movimentar-se entre fragmentos mesmo em situações de conectividade reduzida; grandes vertebrados podem encontrar maior resistência e pequenos mamíferos, em geral, demonstram padrões intermediários (MMA/SBF, 23). Segundo MacGarigal e Marks (1995) a métrica de distância do vizinho mais próximo tem como limitação o fato de não considerar a heterogeneidade da vizinhança, visto que, ao nível de classe, só são computadas manchas da mesma classe. 19

35 A equação do índice de proximidade proposta por McGarigal e Marks (1995): é apresentada a seguir: a) Distância média do vizinho mais próximo entre fragmentos (MNN): Quantifica a distância média de borda a borda entre os fragmentos de mesma classe. Pode ser calculado pela formula: MNN= Em que: n j=1 hij (12) n'i 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 Índices de Diversidade Segundo Volotão (1998) os índices de diversidade são métricas que visam à quantificar a composição e, assim, a diversidade da paisagem. São métricas muito utilizadas em aplicações ecológicas, sendo influenciadas pela riqueza de classes e uniformidade das mesmas. A métrica de diversidade mais popular é o índice de Shannon, baseado no componente riqueza. O índice de diversidade de Shannon só está disponível ao nível de paisagem e é uma medida relativa de diversidade de mancha. O índice igualará a zero quando houver só uma mancha na paisagem e aumentará os tipos de mancha ou distribuição proporcional de aumentos de tipos de mancha. (MCAGARIGAL emarks, 1995). Os índices de diversidade fundamentais, criados por Shannon e Weaver (1949), que até o momento foram utilizados no contexto ecológico, principalmente para a medição de diversidade de espécies, são obtidos na análise da paisagem, descrevendo a proporção da cobertura de uma classe na área total. Os índices de diversidade segundo Shannon são descritos pelas seguintes fórmulas: 2

36 a) Índice de diversidade de Shannon (SDI): O índice de diversidade de Shannon é a soma de todas as classes multiplicadas por sua abundância proporcional, ou seja, sua porcentagem na área total da paisagem, esse somatório é multiplicado pelo logaritmo natural da proporção. SDI= - m i=1 Pi ln Pi (13) Em que: SDI = Índice de diversidade de Shannon; Pi =grau de cobertura da classe i em porcentagem; m = número de classes. b) Riqueza (PR): A riqueza corresponde ao número de classes presentes no limite da paisagem (este valor é fornecido como parâmetro). PR = m (14) Em que: PR = Riqueza da paisagem; m = número de classes da paisagem Índices de área central Os índices de área central refletem tanto a composição quanto a configuração de uma paisagem e, na maioria dos casos, dependem de outros índices (densidade, número de fragmentos, índices de borda e de forma) para serem mais bem interpretados (MCGARIGAL e MARKS,1995). Os autores citam os seguintes índices de área central: área central dos fragmentos; número de áreas centrais; porcentagem de área central da paisagem, e outros. A área central é definida como a área dentro de um fragmento separada da borda por uma distância pré-definida (ou uma operação de buffer). Tem sido considerada uma medida muito mais expressiva (do ponto de vista de previsão) de qualidade de habitats por especialistas de áreas interiores, do que a área dos fragmentos. A área central é afetada pela forma, enquanto a área do fragmento não (considerando-se a área como invariável). Para entender o 21

37 problema das áreas centrais, pode-se pensar que certos fragmentos têm bastante área o suficiente para manter uma dada espécie mas não têm área central capaz de permitir uma manutenção daquela espécie (VOLOTÃO, 1998). As métricas relacionadas aos índices de área central podem ser obtidas conforme proposta de McGarigal e Marks (1995): a) Índice de área central total (TCAI): 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 de buffer, representando o efeito de borda. O TCAI é expresso pela fórmula: TCAI= Em que: e n j=1 aij 1 n j=1 aij (15) 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 (NCA): Expressa o número de fragmentos que possuem área central, após a retirada do efeito de borda, para cada classe. É determinado pela fórmula: NCA= nj=1 neij (16) Em que: NCA = número de fragmentos com área central; n eij = número de áreas interiores dos fragmentos; j = 1 a n número de fragmentos Seleção de índices de Ecologia da Paisagem De acordo com Volotão (1998) existem mais de 5 métricas para avaliar a estrutura da paisagem, porém muitas delas são redundantes para 22

38 determinadas situações, em razão disso, faz-se necessário a seleção de grupos de índices ou métricas que atenda a análise dos padrões requeridos pelo estudo, facilitando a interpretação dos resultados e evitando a repetição de valores. Ritters et al. (1995), após avaliarem 56 índices perceberem que 6 deles foram suficientes para conhecer a estrutura e o padrão de uma paisagem fragmentada. Foram eles: a razão média perímetro-área; o índice de contágio; a forma do fragmento padronizada; número de atributos das classes de fragmentos e a densidade do fragmento de maior tamanho. Com isso os autores afirmam que o ideal na quantificação da estrutura das paisagens é que se tenha uma pequena variedade de índices, os quais permitam obter em curto espaço de tempo, o mais importante da estrutura e do padrão de uma paisagem. Trani e Giles (1999) visando aos melhores índices para a modelagem do desmatamento e posterior avaliação dos impactos no habitat de animais silvestres, perceberam que as perdas em áreas com florestas foram significativamente representadas pelos índices tamanho médio dos fragmentos, número de fragmentos, densidade média de fragmentos e a distância entre os fragmentos. Para Baskent (1997), tendo em vista a caracterização e diferenciação de aspectos espaciais da estrutura de uma paisagem, ao longo do tempo, os índices que foram considerados como indicadores da fragmentação de uma paisagem foram: área central; dispersão; borda relativa e autocorrelação espacial. Segundo o autor, esta quantificação da estrutura é o elemento chave para a elaboração de estratégias de manejo de paisagens. Almeida (28), analisando a classe Floresta Ombrófila Mista na área do Parque Nacional Campos Gerais no Paraná, no aplicativo computacional Fragstats, utilizou as seguintes métricas ou índices: número de fragmentos; tamanho; formato; borda e proximidade entre fragmentos. Paula e Rodrigues (22) ao realizar a quantificação da estrutura da paisagem norte-paranaense utilizou os índices: número de fragmentos; relação área/tamanho; formato e proximidade dos fragmentos. Holzschuh et al (23) ao analisar a fragmentação da paisagem em bacias hidrográficas na região noroeste do estado do Rio Grande do Sul, 23

39 obteve a geração de 7 parâmetros ao nível de classe e 73 parâmetros ao nível de paisagem. Os autores julgaram, então, necessário uma identificação do significado de cada variável gerada pelo software Fragstats. Após a identificação, consideraram mais relevantes as métricas de área, tamanho e número de fragmentos, área central e proximidade. Catelani e Batista (27) geraram as seguintes métricas para a análise do tamanho e a distância entre fragmentos florestais na bacia do rio Una: tamanho de fragmentos, índice de forma, área do núcleo e índice de proximidade GEOTECNOLOGIAS NA ECOLOGIA DE PAISAGENS As áreas da ciência que contribuíram para o desenvolvimento das geotecnologias, segundo Burrough (199), foram às agências de cadastramento e mapeamento temático, a cartografia temática, a engenharia civil, a geografia, os estudos matemáticos sobre a variação espacial, a ciência do solo, a pesquisa e fotogrametria; o planejamento rural e urbano e o sensoriamento remoto e análise de imagens. A partir destas inúmeras aplicações e esforços, desenvolveu-se uma ferramenta com muitas funcionalidades e capacidade de lidar com diferentes abordagens da realidade, esta ferramenta é conhecida como Sistema de Informações Geográficas ou SIG s, que são os instrumentos computacionais do geoprocessamento. Estes aliados ao conceito de geotecnologias constituem uma estrutura de interface entre as diversas ciências que utilizam informações geográficas, o processamento de dados e a comunicação (XAVIER-DA-SILVA, 21). O sensoriamento remoto e os sistemas de informações geográficas são as técnicas de geotecnologias que mais são empregadas em estudos de ecologia da paisagem (YOUNG e MERRIAM., 1994). Para Turner e Carpenter (1998) estas técnicas tornaram-se essenciais em ecologia da paisagem, porque têm a capacidade de caracterizar no espaço e no tempo, os padrões de uso e cobertura do solo, que são a base para posterior quantificação da estrutura e definição dos padrões da paisagem. 24

40 Os Sistemas de Informações Geográficas SIG s- podem ser definidos como sistemas destinados ao tratamento de dados referenciados espacialmente. Esses sistemas permitem a manipulação dos dados de diversas fontes como mapas, imagens e cadastros, permitindo recuperar e combinar informações para efetuar os mais diversos tipos de análises sobre os dados (ALVES, 199). Para a ecologia da paisagem os SIG s são uma ferramenta fundamental, especialmente quando permitem a manipulação de modelos e dados reais e a transferência de informações implícitas para análises explícitas (FARINA, 1998), como é o caso da caracterização quantitativa da estrutura de uma paisagem a partir de seu mapa de uso e cobertura do solo. De acordo com Casimiro (2) a fotografia aérea é frequentemente utilizada para retratar os ecossistemas que compõem uma paisagem, bem como sua fronteira, que é, em geral, relativamente distinta, especialmente em termos de estrutura da vegetação. Casismiro cita, ainda, que a maioria dos princípios de ecologia da paisagem aplica-se a mosaicos ecológicos a qualquer nível de escala (espaço e /ou tempo). Para aplicação de índices de ecologia da paisagem é necessário que se possua um mapeamento das classes de uso e ocupação da terra, obtido pela classificação de imagens ou por técnicas de fotointerpretação. Esta pode ser definida como um processo que utiliza observação e interpretação, fundamentado no raciocínio lógico, dedutivo e intuitivo para detecção, reconhecimento e identificação dos elementos contidos nas imagens (MOREIRA, 23). Segundo Lang e Blaschke (29) nos últimos anos, ao lado de uma pesquisa intensa sobre os comportamentos de índices e de sua relevância ecológica, foram produzidos diversos pacotes de aplicativos computacionais, que disponibilizam, de formas diferentes, métricas descritoras de estruturas. Esses programas caracterizam a fragmentação de uma paisagem, fornecendo valores quantitativos de extensão de área e de distribuição espacial dos diferentes tipos de fragmentos que compõem uma paisagem (HESSBRURG et al., 2). Para Blaschke (2) o programa Fragstats de MacGarigal e Marks (1995), trata-se da ferramenta mais abrangente para a análise quantitativa da 25

41 estrutura da paisagem. No entanto, deve-se ressaltar que devido ao seu direcionamento propositalmente universal e apesar da grande documentação, não facilita ao usuário o processo de escolha, em razão da enorme quantidade de possíveis valores de medição, então, entre outros motivos alguns produtos alternativos foram desenvolvidos. O aplicativo computacional de SIG, ArcGis da empresa ESRI é, pela medição das licenças, o mais difundido Desktop GIS no mundo inteiro, e encontra-se na versão 9, reunindo um grande número de métodos de análise. Para a analise de métricas da paisagem é muito utilizado a extensão gratuita para o ArcGis Patch Analyst (REMPEL, 23). Segundo Lang e Blascke (29), o Patch Analyst fornece essencialmente métricas do Fragstats, porém em forma comprimida. 26

42 3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, C.G. Análise espacial dos fragmentos florestais na área do Parque Nacional dos Campos Gerais, Paraná. Dissertação (Mestrado em Gestão do território), Universidade Estadual de Ponta Grossa, Paraná, 28. ALVES, D.S. Sistema de informação geográfica. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOPROCESSAMENTO,1., São Paulo, 199. Anais... São Paulo: USP, Escola Politécnica, p ARAGAKI, S. Florística e estrutura de trecho remanescente de floresta no planalto paulistano. Dissertação (Mestrado em Ecologia) Universidade de São Paulo, São Paulo BASKENT, E.Z. Assessment of structural dynamics in forest landscape management. Canadian Journal of Forestry Research, v.27, n.1, p , Oct BLASCHKE, T. Landscape Metrics: Konzepte eines jungen Ansatzes der Landschaftsokologie und Anwendungen in Naturschutz und Landschaftsforschung. Archiv fur Naturschutz und Landschaftsforschung, , 2. BURROUGH, P.A. Principles of geographical information systems for land resources assessment. Oxford: Clarendon Press, 194p BURROUGH, P. A. Principles of geografhical information systems for land resources assessment. Oxford: Oxford University, p CARRÃO, H.; CAETANO, M.; NEVES, N. LANDIC: cálculo de indicadores de paisagem em ambiente SIG. In: Encontro de Utilizadores de Informação Geográfica - ESIG 21, 6., Oeiras, Portugal, 28-3 nov., 21. Anais... Lisboa: Associação dos Utilizadores de Sistema de Informações Geográficas USIG, 21. CASIMIRO, P.C. Uso da terra: Ecologia da Paisagem, perspectivas de uma nova abordagem do estudo da paisagem em geografia. Revista GeoInova, n.2, p , Lisboa, 2. CASTRO, G.C. Análise da estrutura, diversidade florística e variações espaciais do componente arbóreo de corredores de vegetação na região do Alto Rio Grande, MG. Dissertação (Mestrado em Engenharia Florestal) Lavras: UFLA, 83 p. 24. CATELANI, C.S.; BATISTA, G.T. Análise do tamanho e distância entre fragmentos florestais na bacia hidrográfica do rio Uma. Anais... I Seminário de Recursos Hídricos da Bacia Hidrográfica do Paraíba do Sul: o Eucalipto e o ciclo hidrológico, Taubaté, Brasil, 27, p

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48 CAPÍTULO I ANÁLISE ESPACIAL DE FRAGMENTOS FLORESTAIS NA BACIA DO RIO ITAPEMIRIM, ES

49 CAPÍTULO 1 Análise espacial de fragmentos florestais na bacia do rio Itapemirim, ES. RESUMO O objetivo do presente trabalho foi mapear e analisar a estrutura da paisagem florestal em uma área representativa da bacia do rio Itapemirim por meio de índices de ecologia da paisagem. O mapeamento dos fragmentos florestais foi obtido utilizando técnicas de fotointerpretação na escala de 1:15 de ortofotomosaico do ano de 27. Para o cálculo dos índices de ecologia foi utilizada a extensão Patch Analyst dentro do aplicativo computacional ArcGis 9.3. Ao todo foram encontrados fragmentos florestais em toda área, representando 17% de cobertura florestal. Os fragmentos mapeados foram divididos em classes de tamanho, sendo considerados fragmentos pequenos aqueles menores que 5 ha; de tamanho médio aqueles entre 5 e 5 ha; e grandes os maiores que 5 ha. Os fragmentos pequenos foram encontrados em maior número (2.236), seguidos pelos fragmentos de tamanho médio (749) e, por último, os fragmentos grandes que compreenderam apenas 1 manchas. O número de fragmentos de cada classe de tamanho possui relação inversa com a contribuição em área dessa classe dentro da fragmentação florestal. As caracterizações quantitativas por meio de métricas da paisagem foram feitas com os grupos de índices de área; densidade e tamanho, forma; proximidade e área central; sendo este último obtido para diferentes simulações de efeito de borda (2,4, 6, 8, 1, 14 e 2 m). Para todos os índices houveram diferenciações com relação às classes de tamanho dos fragmentos florestais, mostrando que os fragmentos maiores apresentam resultados de métricas da paisagem que indicam um maior grau de conservação que os fragmentos menores. Palavras chave: Fragmentação florestal, Geográficas, índices de ecologia da paisagem. 34 Sistemas de Informações

50 CHAPTER 1 Spatial analysis of forest fragments on the Itapemirim ES river basin. ABSTRACT The purpose of this study was to map and analyze the structure of forest landscape in a representative area of Itapemirim river basin through metrics or indexes of landscape ecology. The mapping of forest fragments was obtained using image interpretation techniques on a scale of 1:15 of the ortho-imagemosaic of the year 27. For the ecology metrics calculation, the extension Patch Analyst was used within the computational application ArcGis 9.3. In general 3285 forest fragments were found in all the area, representing 17% of forest covering. The mapped fragments were divided into size classes, being regarded as small fragments those which were smaller than 5 ha, average those between 5 and 5 ha, and large the fragments larger than 5 ha. The small fragments were found in greater numbers being represented by 2236, followed by medium-sized fragments totaling 749, and finally the large fragments comprising only 1 spots. The number of fragments of each size class has an inverse relationship with the contribution in area of this class within the forest fragmentation. Quantitative characterizations through landscape metrics were made with groups of area index, density and size, shape, proximity and central area, the latter being obtained for different simulations of edge effect (2.4, 6, 8, 1, 14 and 2 m). For all the indexes there were differentiations about size classes of forest fragments, indicating that the larger fragments present results of landscape metrics that indicate a greater degree of conservation than the smaller fragments. Keywords: Forest fragmentation, geographic information systems, indexes of landscape ecology. 35

51 1. INTRODUÇÃO A Mata Atlântica se apresenta como um mosaico composto por poucas áreas relativamente extensas, principalmente nas regiões sul e sudeste (zonas núcleo de preservação de acordo com o Conselho Nacional da Reserva da Biosfera da Mata Atlântica), e uma porção bem maior composta de áreas em diversos estágios de degradação (GUATURA et al, 1996). Assim, os fragmentos florestais de diversos tamanhos e formas, assumem fundamental importância para a perenidade do bioma Mata Atlântica. A bacia hidrográfica do rio Itapemirim - ES encontra-se em área de domínio do bioma Mata Atlântica, apresentando-se, hoje, em avançado processo de fragmentação devido à ocupação territorial marcada pela introdução da cafeicultura, a partir da segunda metade do século XIX. Em sequência às lavouras de café, as terras desta região passaram a ser utilizadas com pastagens acompanhando os ciclos de expansão e retração da economia cafeeira e o esgotamento da fertilidade das terras (SEAG, 1988). A perda de ambientes naturais aliado ao processo de fragmentação que se intensifica nos tempos recentes, tem resultado na formação de paisagens com pouca diversidade de habitat natural (FAHRIG, 23), com manchas (fragmentos) isoladas e de dimensões reduzidas (VIANA et al, 1997; METZER e SIMONETTI, 23; CAMPOS, 26). Na identificação e na avaliação das consequências da fragmentação florestal na paisagem, parâmetros como: a quantidade; composição e distribuição dos fragmentos remanescentes; a distância entre eles; o grau de isolamento; a matriz; o trânsito de animais; de poléns e de sementes entre os fragmentos florestais; o tamanho e a forma são considerados elementos importantes (PIRES et al, 1998; ZAÚ, 1997). O principal interesse em estudos ecológicos da paisagem, principalmente no que diz respeito aos estudos de fragmentação florestal, está na quantidade e na distribuição de um tipo de mancha ou classe (PEREIRA et al, 21). Segundo Viana (199) alguns dos principais fatores que afetam a dinâmica de fragmentos florestais são: área, forma, grau de isolamento e conectividade. No entanto, para Murcia (1995), o efeito de borda está entre os 36

52 principais fatores que afetam os padrões de diversidade e dinâmica das comunidades vegetacionais. Esses fatores podem ter efeitos na estrutura da comunidade, determinando a riqueza e diversidade nos remanescentes de hábitat. Considerando níveis de organização mais refinados, grupos funcionais de espécies e populações facilitam o entendimento dos mecanismos que levam ao desaparecimento de algumas espécies e beneficiam outras (Uezu, 26). Para descrever os padrões espaciais da paisagem com o auxílio dos Sistemas de Informações Geográficas (SIG s), diversas métricas têm-se desenvolvidas. Um grupo importante de métricas para os estudos de fragmentação florestal é baseado no conceito de área central (área core), pois, de acordo com Laurence (1991), o modelo de área central estima a área total do habitat preservada dentro dos fragmentos, ou seja, excluí a borda. Segundo Carrão et al. (21) 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. Várias dessas métricas têm sido desenvolvidas para descrever padrões espaciais, a partir de produtos temáticos obtidos através do uso integrado das ferramentas de sensoriamento remoto e geoprocessamento. Desta forma, tais ferramentas são importantes como subsídios para tomada de decisões no tocante ao ambiente natural, a políticas agrícolas e rurais, costeiras e de transportes. O objetivo deste trabalho foi mapear e analisar a estrutura da paisagem florestal em uma área representativa da bacia do rio Itapemirim ES, por meio de métricas ou índices de ecologia da paisagem, visando à seleção de áreas aptas para a conservação ambiental através da quantificação do arranjo espacial dos fragmentos que compõem o mosaico da paisagem; da avaliação da complexidade estrutural dos fragmentos florestais em termos de área, núcleo e composição de borda; e da investigação das relações de conectividade entre fragmentos florestais. 37

53 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO A bacia hidrográfica do rio Itapemirim compreende parte de 16 municípios localizados ao sul do Estado do Espírito Santo e 1 município de Minas Gerais, possui uma população em torno de 48. habitantes e uma área de drenagem aproximada de 6. km2. De acordo com dados do IBGE (2), os habitantes desta bacia correspondem a 25% da população do Espírito Santo, englobando os municípios capixabas de Itapemirim, Cachoeiro de Itapemirim, Vargem Alta, Castelo, Venda Nova do Imigrante, Conceição do Castelo, Muniz Freire, Iúna, Ibatiba, Ibitirama, Alegre, Jerônimo Monteiro, Muqui, Atílio Vivacqua e Presidente Kennedy, e ainda uma pequena parte do Estado de Minas Gerais representada pelo município de Lajinha. Situa-se entre os meridianos 4º48'e 41º52' de Longitude Oeste e entre os paralelos 2º1' e 21º15' de Latitude Sul. O clima da região enquadra-se no tipo Cwa (inverno seco e verão chuvoso), de acordo com a classificação de Köppen. A maior parte da região é caracterizada por uma topografia muito acidentada, intercaladas por reduzidas áreas planas. Os principais afluentes do rio Itapemirim são: rio Castelo; rio Muqui do Norte; rio Braço Norte Direito e rio Braço Norte Esquerdo (ALVES, 23). A área correspondente a esse estudo se refere às interbacias 77161, e do nível 5 do método de Otto Pfafstetter (PFAFSTETTER, 1989), também denominado método das Ottobacias e que foi estabelecido pelo Conselho Nacional de Recursos Hídricos - CNRH em sua Resolução N3, para efeito de classificação e codificação das bacias hidrográficas em âmbito nacional. No Espírito Santo este trabalho foi desenvolvido pelo Geobases numa parceria do Instituto Estadual do Meio Ambiente - IEMA com o Instituto Jones dos Santos Neves - IJSN. Esta área passará a ser chamada de interbacias da bacia do rio Itapemirim. (Figura 1.1). Esta área representativa da bacia do rio Itapemirim situa-se entre os meridianos 4º48'e 41º32' de Longitude Oeste e entre os paralelos 2º43' e 38

54 2º59' de latitude Sul. Possui uma área de 16 km2, abrangendo 8 dos 17 municípios que compõem a bacia Rio Castelo Es qu erd o ort e on Bra ç Rio 774 Rio Braço Norte Direito Rio Itapemirm Rio Muqui do Norte Escala Gráfica 7,5 15 km Área de estudo Projeção: Universal Transversa de Mercator Datum: World Geodetic System 1984 WGS 84, zona 24 K Convenções Topográficas Po 2 Coordenadas UTM do ponto de partida (Po) E= 28.84,717 m N = ,396 m Bacia do Rio Itapemirim Localização da área de estudo dentro da bacia hidrográfica do rio Itapemirim com seus principais afluentes Elaborado no ano de 29 Fonte:GEOBASES/Sistema de Informações Hidrológicas da Bacia do rio Itapemirm -SIHBRI Apoio: Fapes: Fundação de apoio à ciência e tecnologida do Espírito Santo Resp. Técnicos: Daiani B. Pirovani Aderbal G. da Silva Alexandre R. dos Santos Figura 1.1 Localização da área de estudo 2.2. MAPEAMENTO DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS O mapa dos fragmentos florestais da área em estudo foi obtido por meio da digitalização do ortofotomosaico de 27, disponibilizado pelo Instituto Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos - IEMA, com escala de 1/35. e resolução espacial de 1m. A digitalização via tela das feições foi feita na escala padrão de 1:15 no aplicativo computacional ArcGIS 9.3, por meio de técnicas de fotointerpretação. Foi elaborado um arquivo vetorial poligonal para a classe de fragmento florestal. A partir do mapa de fragmentação florestal da região de estudo foi quantificada a área de cada fragmento usando a calculadora de valores da tabela de atributos do próprio arquivo de imagem vetorial poligonal, tornando 39

55 possível comparar os tamanhos dos diversos fragmentos florestais encontrados nesta parte da bacia. O número de fragmentos existentes na área foi relacionado à classe de tamanho, aos quais pertencem e identificados como pequenos, médios e grandes, caracterizando como pequenos os fragmentos com área menor que 5 ha, fragmentos médios aqueles com área entre 5 e 5 ha e fragmentos grandes aqueles com área maior que 5 ha. As etapas da metodologia utilizada na elaboração do mapa de fragmentação florestal estão representadas no fluxograma da Figura 1.2. Figura Etapas da metodologia utilizada para elaboração do mapa de fragmentação florestal ANÁLISE DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS POR MEIO DE MÉTRICAS DA PAISAGEM. A análise dos fragmentos foi feita com base no mapa de fragmentos florestais, gerado com o intuito de obter-se o número de fragmentos existentes, a relação de tamanho entre esses fragmentos, o formato de tais fragmentos e o grau de proximidade entre eles por meio dos índices de ecologia da paisagem. 4

56 Os índices ou métricas da paisagem para os fragmentos foram obtidos dentro do aplicativo computacional ArcGis 9.3, através da extensão gratuita Patch Analyst (Analisador de Manchas). As métricas foram calculadas utilizando a versão para dados vetoriais (Patch.) para o arquivo de fragmentação florestal obtido na etapa anterior. No sentido de evitar a utilização de métricas redundantes optou-se por utilizar as seguintes métricas: índices de densidade de fragmentos; tamanho; forma dos fragmentos; índices de borda; área central e o índice de proximidade entre os fragmentos. Para uma melhor comparação entre o grau de conservação e o tamanho dos fragmentos florestais mapeados neste estudo, foi realizada a análise dos índices de ecologia da paisagem para cada uma das classes de tamanho (pequena, média e grande) e também para todos os tamanhos juntos a fim de se obter valores médios dos índices para todos os fragmentos da área em estudo. Através das métricas de tamanho obteve-se a área de cada fragmento, a área total da classe fragmento florestal, a porcentagem da área da classe em relação à área total analisada, o tamanho médio dos fragmentos e o desvio padrão e coeficiente de variação. Por meio das métricas de fragmentos foi obtido o número de fragmentos e a densidade de fragmentos a cada 1 ha da área de estudo. Para cálculo das métricas de área central dos fragmentos florestais, utilizaram-se as distâncias de 2, 4, 6, 8, 1, 14 e 2 metros de borda, obtendo diferentes cenários para análises. O detalhamento das métricas utilizadas neste estudo, juntamente com suas siglas e significados pode ser visualizado na Tabela

57 Grupo Sigla Métrica Unidade Observação ÁREA Tabela 1.1 Índices de Ecologia da paisagem gerados ao nível de classes através do Patch Analyst para os fragmentos florestais. CA Área da Classe Hectare (ha) Somatório das áreas de todas as manchas ou fragmentos florestais presentes na área em estudo. Tamanho médio Hectare (ha) da mancha BORDA DENSIDADE E TAMANHO MPS Número de manchas NUMP PSSD Desvio padrão do tamanho da Hectare (ha) mancha Número total de manchas na paisagem ou na classe. Razão da variância do tamanho das manchas. PSCoV Coeficiente de variação do tamanho da mancha Porcentagem (%) Desvio padrão do tamanho da mancha dividido pelo tamanho médio da mancha, multiplicado por 1. TE Total de bordas Metro (m) Extremidade total de todas as manchas. É a soma de perímetro de todas as manchas ED Densidade de borda m/ha Quantidade de extremidades relativa à área da paisagem. Adimensional É igual a um quando todas as manchas forem circulares e aumenta com a crescente irregularidade da forma da mancha. Adimensional Difere do MSI, porque manchas maiores terão mais peso que as menores. Adimensional Os valores se aproximam de um para formas com perímetros simples e chega a dois quando as formas forem mais complexas. MSI FORMA Adimensional Soma do tamanho das manchas dividido pelo número de manchas Índice de forma médio Índice de forma AWMSI de área média ponderada Dimensão fractal MPFD da mancha média Continua... 42

58 ...Continuação ÁREA CENTRAL Grupo Sigla Métrica Unidade Observação TCA Área Central Total Hectares (ha) O tamanho total das manchas centrais. MCA Área central média Hectare (ha) O tamanho médio das manchas de área central. NCA Número de áreas centrais Adimensional Número total de áreas centrais dentro da paisagem ou dentro de cada mancha ao nível de classe. CASD Desvio Padrão de área central Hectare (ha) Raiz da variância da média das áreas centrais. Porcentagem (%) Representa a variabilidade em tamanho das áreas centrais disjuntas em relação à área central média. Porcentagem (%) Medida da quantidade relativa de área central na paisagem. Metros (m) A distância média do vizinho mais próximo é a média destas distâncias para classes individuais ao nível de classe e a distancia média da classe vizinha mais próxima ao nível de paisagem. Coeficiente de CACoV variação de área central PROXIMIDADE TCAI MNN Índice de Área Central Total Distância média do vizinho mais próximo Fonte: McGarigal e Marks, 1994 e McGarigal e Marks

59 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. MAPEAMENTO DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS O mapeamento das áreas de floresta possibilitou contabilizar fragmentos florestais em toda área representativa da bacia do rio Itapemirim. Esse número corresponde à uma área de ,18 hectares (ha) de remanescentes florestais. Isso significa que da área total em estudo (16 km2), 17,73% são fragmentos florestais (Figura 1.3). O maior fragmento florestal encontrado possui 1.36 hectares, o segundo maior possui 83 ha e corresponde a Reserva Cafundó, o terceiro maior fragmento possui 458,3 ha e trata-se da Floresta Nacional de Pacotuba, estando estes separados por uma distância de aproximadamente 3,5 km, sendo possível conectá-los através da implantação de corredor ecológico. Estas unidades de conservação mencionadas correspondem à classe dos fragmentos grandes, composta por aqueles com tamanhos acima de 5 ha. Esta classe representou um pequeno percentual,(3,4%), no número total de fragmentos florestais, com apenas 1 fragmentos. O total de fragmentos médios encontrados, ou seja, que pertence à classe de tamanho de 5 a 5 ha, foi de 749 fragmentos, correspondendo a 22,8 % do total de fragmentos florestais de toda a área. 44

60 FRAGMENTOS FLORESTAIS NA ÁREA EM ESTUDO Coordenadas UTM do ponto de partida (Po) E= ,757 m N = ,142 m Projeção: Universal Transversa de Mercator Datum: World Geodetic System 1984 WGS 84, zona 24 K Escala Gráfica km Po Convenções Topográficas Fragmentos florestais Elaborado no ano de 29 Fonte: Aerofoto Ortorretificada do ano de 27 Escala: 1:35 : IEMA Apoio: Fapes: Fundação de apoio à ciência e tecnologia do Espírito Santo Resp. Técnicos: Daiani Bernardo Pirovani Aderbal Gomes da Silva Alexandre Rosa dos Santos Figura 1.3 Mapa dos fragmentos florestais identificados na área em estudo. 45

61 O mapeamento dos fragmentos florestais realizado mostra que a maior parte dos remanescentes de mata atlântica nesta área da bacia do rio Itapemirim encontra-se em fragmentos pequenos correspondendo a 74,15 % do número total de fragmentos encontrados. Significa que essas áreas estão pouco conservadas, pois, de acordo com Metzger (1999) a riqueza diminui quando a área do fragmento fica menor do que as áreas mínimas necessárias para a sobrevivência das populações. A Figura 1.4 ilustra a distribuição das diferentes classes de tamanho dos fragmentos florestais dentro da área de estudo. A área do fragmento é, em geral, o parâmetro mais importante para explicar as variações de riqueza de espécies CLASSES DE TAMANHO DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS Coordenadas UTM do ponto de partida (Po) E= ,757 m N = ,142 m Projeção: Universal Transversa de Mercator Datum: World Geodetic System 1984 WGS 84, zona 24 K 1 Escala Gráfica km Convenções Topográficas Classes de Tamanho Menor que 5 ha Po ha Maior que 5 ha Elaborado no ano de 29 Fonte: Aerofoto Ortorretificada do ano de 27 Escala: 1:35 : IEMA Apoio: Fapes: Fundação de apoio à ciência e tecnologia do Espírito Santo Resp. Técnicos: Daiani Bernardo Pirovani Aderbal Gomes da Silva Alexandre Rosa dos Santos 31 Figura 1.4 Distribuição das classes de tamanho dos fragmentos florestais dentro da área de estudo. Almeida (28), ao realizar a análise espacial dos fragmentos florestais no Parque Nacional dos Campos Gerais, constatou que a maior parte dos fragmentos florestais era composta por fragmentos com área inferior a 5 ha, correspondendo a 91,4% do número de fragmentos da área estudada e que, apesar do número elevado, a soma das áreas dessa classe de tamanho dos 46

62 fragmentos não ultrapassavam 7,5 % da área total. Valente e Vettorazzi (25) ao analisarem a estrutura da paisagem na bacia do rio Corumbataí também obtiveram maior número de fragmentos pequenos (menores que 5 ha) correspondendo de 12 a 34 % da área total. A área em estudo encontra-se em um estado de fragmentação próximo ao encontrado por esses autores, pois o percentual de fragmentos pequenos em relação à área total dos fragmentos florestais é de 12,1%, juntamente com o alto número de fragmentos presentes nesta classe de tamanho (2.436) caracterizando um avançado processo de fragmentação florestal. A ocorrência de grande quantidade de pequenos fragmentos florestais é comum em paisagens de Floresta Atlântica (Rodrigues, 1993; Lima, 1997). Ranta et al. (1998), em seu estudo sobre o tamanho, a forma e a distribuição dos fragmentos numa área de 1.5 ha de Floresta Atlântica brasileira, observaram que 48% dos fragmentos têm área menor que 1 ha e que somente 7% dos fragmentos dessa formação têm área maior que 1 ha. Pires et al. (1998) citam que, aproximadamente 5% de 118 fragmentos de Floresta Atlântica avaliados, apresentaram área inferior a 1 ha. O principal problema deste padrão é que, quanto mais área florestada estiver contida em pequenos fragmentos, mais intensamente estariam sujeitas ao efeito de borda (Rodrigues, 1993). Deve-se ressaltar que muitos fragmentos são na realidade, núcleos de colonização de florestas pioneiras. A relação entre a contribuição na área de estudo do número de fragmentos e da área que eles ocupam é inversa, isto é, os grandes fragmentos possuem menor percentual em número, porém representam uma parcela maior da área total dos remanescentes florestais mapeados, enquanto que, embora os fragmentos da classe de tamanho pequenos possuam maior número de unidades, a soma de suas áreas representa o menor percentual da área total de fragmentos florestais mapeados (Figura 1.5). A relação inversa entre número e área de fragmentos florestais observados neste estudo, também concorda com o trabalho realizado por Almeida (28), em que a autora constatou que os fragmentos grandes embora em menor número possuem áreas significativas e são responsáveis pela maior cobertura florestal em área. 47

63 13.537, ,5 3.42, Pequeno Médio Número 1 Grande Área total (ha) Figura 1.5 Relação entre o número de fragmentos florestais e as suas respectivas áreas das classes de tamanho. De acordo com Forman e Godron (1986) os grandes fragmentos são importantes para a manutenção da biodiversidade e de processos ecológicos em larga escala, no entanto, os pequenos remanescentes também cumprem funções relevantes ao longo da paisagem, podendo funcionar como elementos de ligação, trampolins ecológicos (stepping stones) entre grandes áreas. Os autores ressaltam ainda que, enquanto os grandes fragmentos possibilitam a manutenção da biodiversidade e de processos ecológicos em larga escala, os pequenos promovem um aumento no nível de heterogeneidade da matriz e atuam como refugio para espécies que requerem ambientes particulares que só ocorrem nessas áreas. Deve-se ressaltar que os fragmentos com pequenas áreas merecem uma atenção especial, sob pena de serem extintos com o decorrer dos anos, caso não sejam adotadas propostas de manejo que promovam um aumento de sua área e uma interligação com fragmentos próximos e maiores, pois segundo Saunders et al. (1991) remanescentes de área pequena apresentam frágeis padrões de sustentabilidade ao longo do tempo. 48

64 3.2. ANÁLISE DOS FRAGMENTOS FLORESTAIS POR MEIO DE MÉTRICAS DA PAISAGEM. Os índices de ecologia da paisagem para as classes de tamanho e para todos os fragmentos da área encontram-se na Tabela 1.2. Tabela 1.2 Índices de ecologia da paisagem calculados para a área em estudo. Unidade Área CA Hectares (ha) 3.42, , , ,18 Densidade e tamanho MPS NUMP PSSD Hectares (ha) Adimensional Hectares (ha) 1, ,21 15, ,63 135, ,84 8, ,35 PSCoV Porcentagem 85,54 7,25 122,79 433,85 TE Metros (m) ED m/ha 523,14 226,66 127,75 215,48 Forma MSI Adimensional 1,85 2,5 4,29 2,7 AWMSI Adimensional 1,99 2,75 4,81 3,65 MPFD Adimensional 1,41 1,36 1,38 1,4 MNN Metros (m) ,5 Borda Índices Proximidade Classes de Tamanho Pequeno Médio Grande Todos (< 5 ha) (5 5 ha) (> 5 ha) ( a >5 ha) Grupo , ,5,95,3 5 * CA (Área de todas as manchas da classe); MPS (Tamanho médio da mancha); NumP (Número de manchas); PScoV (Coeficiente de variação do tamanho da mancha); PSSD (Desvio padrão do tamanho da mancha);. MSI (Índice de forma médio); AWMSI (Índice de forma de área média ponderada); MPFD (Dimensão fractal da mancha média); TE (Total de bordas); ED (Densidade de borda); MNN (Distância média do vizinho mais próximo O índice de tamanho médio (MPS) das classes de fragmentos florestais apresentou um valor de área média para os fragmentos grandes de 135,37 ha, porém através do alto valor do desvio padrão do tamanho da mancha (PSSD = 164,84 ha) percebeu-se a alta variabilidade nos valores de área dos fragmentos desta classe, mostrando que entre os fragmentos grandes pode-se encontrar de tamanhos mínimos para este grupo (5 ha) até valores muito acima da média, como o do maior fragmento que possui 136 ha. 49

65 A média de tamanho para todos os fragmentos quando analisados conjuntamente, ou seja, sem distinção de diferentes classes de tamanho, possui valor de 8,61 ha, no entanto o valor elevado do coeficiente de variação do tamanho da mancha (PSCoV= 433,85%) indica a existência de fragmentos com valores de área muito acima e/ou muito abaixo do valor médio, pois, segundo Pereira et al (21) o tamanho médio dos fragmentos deve ser analisado examinando-se o desvio padrão. Se o desvio padrão for muito grande, é possível que haja grandes fragmentos, mesmo com um tamanho médio relativamente baixo. As métricas de borda revelaram menor valor do total de borda (TE) para a classe dos fragmentos grandes ( m), já os fragmentos médios apresentaram o maior valor total de bordas ( ,5 m), e a classe de fragmentos pequenos foi constituída de menor total de borda ( ,95 m) do que os fragmentos médios, porém ao comparar esse valor de borda com sua contribuição em área, que é bem menor do que os fragmentos médios percebeuse maior proporção borda/área nos fragmentos menores. Os fragmentos menores apresentaram maior densidade de bordas (ED) com 523,14 metros de borda por hectare contra 226,66 m/ha dos fragmentos médios e 127,75 m/ha dos fragmentos grandes, essa diferença da quantidade de bordas, quando se considera a densidade, deve-se aos valores de área ocupados por cada classe de tamanho dos fragmentos, sendo a densidade de bordas inversamente proporcional à área ocupada por cada classe. Estes resultados apontam para um menor efeito de borda nos fragmentos grandes indicando maior grau de conservação, pois de acordo com Fleury (23) a transição entre o fragmento florestal e o ecossistema adjacente é muito abrupta, criando uma borda que expõe a floresta às condições encontradas na matriz adjacente. A porção externa da mata adjacente à borda torna- se parte da zona de transição, isso ocasiona mudanças microclimáticas, como, aumento da temperatura e ressecamento próximo a borda acarretando em alterações na composição de espécies e na estrutura da vegetação. Ao analisar as métricas de borda para todos os tamanhos de fragmentos encontrados na área obtêm - se como valor total de bordas (TE) a soma do perímetro das três classes de tamanho e, o valor da densidade de bordas (ED) chega-se próximo à densidade de bordas para os fragmentos de tamanho médio 5

66 (215,48 m/ha). Isso deve-se ao fato de que a média de tamanho (MPS) dos fragmentos pertencentes a esse grupo ser mais próxima da média de tamanho encontrada para todos os fragmentos em conjunto. Além do tamanho, a forma dos fragmentos também influencia no grau do impacto do efeito de borda, incluindo os fluxos bióticos e abióticos (Farina, 1998). A forma pode ser avaliada através de proporções simples entre área de borda e área do fragmento, podendo ser regulares ou irregulares, sendo estes últimos mais afetados por bordas, implicando diretamente na dispersão de plantas. As métricas de forma exigem a adoção de uma paisagem padrão para efeito de comparação. A forma dos fragmentos foi comparada ao formato de um círculo para o cálculo da razão perímetro/área, visto que compara- se o valor desse índice a um círculo quando o arquivo é vetorial e a um quadrado para arquivos raster ou matricial. Sendo os valores de índice de forma mais próximos de um, ligados a formatos mais circulares. Com base nisto, a comparação dos valores de índice de forma (MSI) das classes de tamanho dos fragmentos florestais revelam que os fragmentos pequenos apresentam formato mais regular (MSI =1,85) quando comparados com os fragmentos médios e grandes que apresentam valores de MSI de 2,5 e 4,29 respectivamente, assim os formatos vão ficando mais irregulares (não-circular) com o aumento de tamanho dos fragmentos. Os valores do índice de forma médio ponderado pela área (AWMSI) para as três classes de tamanho dos fragmentos florestais são superiores ao observado para o índice de forma médio (MSI), indicando que os fragmentos de maior área têm forma mais irregular que a média (McGarigal e Marks,1995). Essa relação existe porque, para o cálculo do índice de forma médio ponderado pela área (AWMSI), os fragmentos recebem pesos em função de seu tamanho. No entanto, apesar dos índices de forma indicar formatos mais irregulares para os fragmentos grandes e regulares para os fragmentos pequenos, o tamanho e a forma do fragmento natural (que surge com a regeneração) ou não natural (área de floresta que foi fragmentada) podem estar intrinsecamente ligados à borda. Quanto menor o fragmento ou mais alongado, mais forte será o efeito de borda, pois a razão interior margem diminui (PÉRICO et al, 25), sendo assim, mesmo apresentando formatos mais irregulares, os fragmentos maiores estão sob menor efeito de borda que os menores. 51

67 O grau de isolamento dos fragmentos, expresso pela distância média do vizinho mais próximo (MNN) apresentou resultado semelhante para as três classes de tamanho consideradas, estando apenas os fragmentos de tamanho médio com isolamento um pouco maior que os demais, apresentando metros (m) de distância do fragmento mais próximo contra m de distância entre os fragmentos pequenos e m de distância entre os fragmentos grandes. Ao analisar a distância entre todos os tamanhos de fragmentos (MNN=793,5 m), o grau de isolamento decresce. Assim é importante considerar os fragmentos de menor tamanho, como trampolins ecológicos dentro da paisagem. Porém, de maneira geral, pode-se considera-se que os fragmentos dessa área representativa da bacia do rio Itapemirim possuem alto grau de isolamento, dificultando diversas interações ecológicas, tanto para a flora quanto para a fauna. Awade e Metzger (28), por exemplo, observaram que algumas espécies de aves de sub-bosque evitam cruzar áreas abertas com distâncias superiores a 4m e ainda, segundo Janzen (1988) apud Guisard (26), em determinadas situações o limite de dispersão de sementes pelo vento gira em torno de 18m. A área central de um fragmento de floresta é segundo McGarigal e Marks (1995), um melhor indicativo da qualidade dos fragmentos do que sua área total, sendo afetada diretamente pela forma e a borda dos fragmentos. Dessa maneira, um fragmento pode ser largo o suficiente para sustentar algumas espécies, mas não conter área central suficiente para sustentar essas espécies e, sobretudo, manter a integridade de sua estrutura natural (Turner e Gardner, 199). Os valores das métricas relativos à área central dos fragmentos são expressos separadamente na Tabela 1.3, devido ao fato desses terem sido gerados por meio da simulação de sete distâncias diferentes de faixa sob efeito de borda, a fim de investigar qual faixa de borda exerce maior influência nos valores de área central dos fragmentos. 52

68 Tabela 1.3 Valores dos índices de ecologia da paisagem relativos às métricas de área central gerados pelo Patch Analyst utilizando diferentes distâncias de faixa sob efeito de borda para as classes de tamanho dos fragmentos florestais. Distância de TCA Borda 2 m 921,81 4 m 183,25 6 m 183,25 8 m 23,44 1 m 1,25 14 m 2 m Pequeno (< 5 ha) TCAI CACoV CASD 26,79 5,33 5,33,68,4 132,56 17,65 17,65 89,79 59,16,64,36,36,18,7 Médio (5-5 ha) NCA MCA ,49,34,34,2,12 Grande (> 5 ha) TCA TCAI CACoV CASD NCA MCA TCA 6.86,2 4.3,1 4.3, ,7 1.17,5 272,4 44,5 6,54 35,33 35,33 19,57 1,33 2,4,39 19,99 183,52 183,52 179,27 161,21 144,11 146,2 7,23 5,26 5,26 3,88 3,2 1,75 1, ,78 2,86 2,86 2,17 1,87 1,22, , , , , , , ,12 *TCA (Área central total); TCAI (Índice de área central total); MCA (Área central média); NCA (Número de áreas centrais); (Desvio padrão de área central). 53 TCAI CACoV 76,92 6,36 6,36 48,16 38,92 26,3 18,56 5,38 49,41 49,41 47,92 48,9 45,73 44,33 CASD NCA MCA 66,38 66,11 66,11 67,71 68,25 73,52 76, ,17 13,38 13,38 14,11 14,19 16,7 17,36 CACoV (Coeficiente de variação de área central); CASD

69 Os valores da Tabela 1.3 mostram que, para uma borda mínima de 2 metros, os fragmentos pequenos apresentam área central total (TCA) de 921,81 ha que correspondem a um índice de área central total (TCAI) de 26,79%, isto significa que da área total dos fragmentos pequenos (3.42,67 ha) apenas este percentual corresponde à área de interior e, logo 73,21% da área total dos fragmentos pequenos estão sob o efeito de borda de 2 m. Para esse efeito de borda (2 m) é encontrado o número de áreas centrais (NCA) entre os fragmentos pequenos de Dividindo a área central total por esse número têm-se uma área central média (MCA) com valor muito baixo para fins de conservação, que chega a,49 ha. No entanto, o valor do coeficiente de variação de área central (CACoV) é elevado (132,56%), mostrando que há uma grande variabilidade no tamanho das áreas centrais encontradas nessa classe de tamanho dos fragmentos. A área central total (TCA) dos fragmentos médios, considerando o efeito de borda de 2 m, é de 6.86,2 ha, sendo muito maior do que o valor desse mesmo índice encontrado para os fragmentos pequenos, e a porcentagem de área dessa classe ocupada pelas áreas interiores, expressa pelo TCAI é de 6,54%%, representando um menor efeito de borda do que para os fragmentos menores (39,46%), porém entre essas duas classes de tamanho, o número de área central (NCA) é próximo sendo encontradas áreas centrais para os fragmentos médios. Observa-se que o valor de NCA é maior que o número total de fragmentos médios (749), o que deve-se ao fato de que alguns fragmentos, devido à irregularidade de seu formato, apresentam mais de uma área central. O mesmo acontece com os fragmentos grandes, sendo o valor de NCA encontrado para a borda de 2 metros correspondente à 792 áreas centrais. Enquanto que, para essa classe de tamanho, existem na área apenas 1 fragmentos, isso pode ser explicado pelo fato de formatos mais irregulares terem a maior proporção de bordas do que os mais regulares (SCARIOT et al. 23). Ainda considerando o menor efeito de borda (2 metros) para os fragmentos grandes, o total de área central (TCA) é de 1.433,7 ha e o TCAI corresponde a 76, 92%, o valor de área central média (MCA) para essa situação é de 13,17 ha. Com o aumento da distância de borda para 4 metros, os fragmentos pequenos sofreram redução drástica das métricas de área central, decaindo o 54

70 valor de TCAI a 5,33%. Os fragmentos médios reduziram o índice de área central quase pela metade passando a 35,33%, enquanto que os fragmentos grandes sofreram menor redução com o aumento da borda indo a um valor de TCAI de 6,36%. (Figura 1.6). Figura 1.6 Comportamento do índice de área central total com o aumento da distância de borda para as classes de tamanho dos fragmentos florestais. Em todas as classes de tamanho dos fragmentos florestais, o aumento da distância de borda de 4 m para 6 m não representou nenhuma mudança nos valores das métricas de área central, mantendo-se nas mesmas condições. A simulação com a distância de borda de 8 m, mais uma vez, gerou redução mais drástica nas métricas de área central dos fragmentos pequenos, chegando o valor de TCAI a apenas,68%, o que equivale a um total de área central de 23,44 ha representados por 117 áreas centrais. Os fragmentos médios e grandes sofreram menores reduções de área central para esta distância de borda, apresentando TCAI de 19,57% e 48,16%, respectivamente. A distância de borda de 1 metros levou as métricas de área central dos fragmentos pequenos a resultados desprezíveis, sendo o TCAI de,4%, o valor 55

71 de TCA de 1,25 ha representados por uma redução do valor de NCA de apenas 1 áreas centrais. Ranta et al. (1998) constataram que, quando a largura da borda é maior que 6 metros, a área central é praticamente inexistente, isto tendo por base a análise da estrutura da paisagem de fragmentos de Mata Atlântica, em Pernambuco, que provavelmente possuíam fragmentos de menor tamanho comparativamente com a área de estudo em questão, visto que neste estudo esse fato só ocorreu a partir dos 1 m de borda para os fragmentos menores que 5 ha. Para as distâncias de borda de 14m e 2 m, as métricas de área central para os fragmentos pequenos deixam de existir, isso significa que, sob estas condições essa classe de tamanho encontra-se totalmente dominada pelo efeito de borda, estando todos os fragmentos suscetíveis à influência completa da matriz. Observa-se na Figura 1.7 que o número de áreas centrais irá decair com o aumento da distância de borda, exceto entre as distâncias de 4 m a 6 m. No entanto, para os fragmentos pequenos esta redução é mais abrupta para a distância de 4 m, enquanto que nos fragmentos médios e grandes o NCA decai, proporcionalmente, com o aumento das faixas de borda. O aumento da distância de borda a partir dos 1 m leva a uma redução significativa nos valores das métricas de área central dos fragmentos médios passando a uma porcentagem de área central insignificante quando a borda foi de 2 m. A área central total dos fragmentos médios que era de 1.17,5 ha com 1 metros de borda passa a 272,4 ha quando a borda foi de 14 metros e a 44,5 ha considerando a faixa de 2 m. 56

72 Figura 1.7 Comportamento do número de áreas centrais com o aumento da distância de borda para as classes de tamanho dos fragmentos florestais. O TCAI para os fragmentos médios foi de, respectivamente, 1,33%, 2,4% e,,39% para as distâncias de borda de 1, 14 e 2 metros (m). Esses resultados, para esta classe de tamanho, concordam com o trabalho de Tabanez et al. (1997), em que estudando um fragmento de 9,5 ha de floresta mesófila semidecídua na região de Piracicaba, os autores constataram que a borda tinha largura variando de 8 m a 1 m. Nos fragmentos grandes o aumento na distância de borda leva a diminuições nas métricas de áreas centrais menores e mais gradativas. A área central total decaiu de 5.279,2 ha quando a borda considerada foi de 1 m, passou a 3.568,3 ha com a distância de borda de 14 m e chegou a 2.517,12 ha quando se considerou a faixa de borda de 2 m. A porcentagem de toda a área desta classe livre de efeito de borda expressa pelo TCAI foi de 38,92%, 26,3%, e, 18,56% para as distâncias de 1, 14 e 2 m, respectivamente. Nota-se que para esta classe de tamanho, a simulação com a maior distância de borda (2 m) não leva à quase ou total dominação do efeito de borda sobre os fragmentos como ocorrido com os fragmentos médios e pequenos. 57

73 A Figura 1.8 nos mostra que os fragmentos grandes apresentaram valores de área central média (MCA) muito superior às demais classes de tamanho e que esta é a única métrica que apresentou crescimento com o aumento da distância de borda, fato ocorrido exclusivamente para a classe de fragmentos grandes. Figura 1.8 Comportamento da área central média com o aumento da distância de borda para as classes de tamanho dos fragmentos florestais. A explicação para o aumento de MCA no grupo dos fragmentos grandes está na presença de fragmentos muito superiores em área expressa pelo alto coeficiente de variação do tamanho da mancha (PSCoV= 433,85%) para esta classe de tamanho apresentado anteriormente na Tabela 1.2 e pela diminuição no valor do número de fragmentos com área central (NCA), o que fez com que o valor médio aumentasse, pois o total de áreas centrais foi dividido por um número de fragmentos (NCA) menor. Diversos trabalhos apontam para diferentes faixas de borda, Fontoura et al (26) propõe um efeito de borda em torno de 5 metros para Floresta Ombrófila Mista, tipo de vegetação na qual os fragmentos deste estudo estão inseridos. Já Laurence (1991) encontrou variações fisionômicas e florísticas em 58

74 faixa de 2 metros de borda. Na visão de Slaviero (27), ao analisar a fragmentação florestal na região norte do Estado do Rio Grande do Sul, considerou uma faixa de borda de 1 metros. Porém Primack e Rodrigues (21) relatam para Floresta Estacional Semidecidual alterações em déficit de pressão de vapor e em composição florística em largura de 35 metros de borda. Contudo, neste trabalho, a melhor distância de borda para estimar a área central dos fragmentos florestais foi de 1 m. Os resultados das métricas de área central apontam para o fato de que, quanto maior o tamanho do fragmento maior será sua área central total (TCA) e menor será o percentual de sua área afetado pelo efeito de borda (1 TCAI). 59

75 4. CONCLUSÕES Por meio do mapeamento dos fragmentos florestais e analise dos índices de ecologia da paisagem, pode-se concluir que: 4.1. Os fragmentos florestais nesta área representativa da bacia do rio Itapemirim, são representados, em sua maioria, por fragmentos pequenos, menores que 5 ha, indicando um alto grau de fragmentação florestal nesta paisagem Os fragmentos pequenos, embora em maior número, representaram a minoria em termos de contribuição em área dos fragmentos florestais, porém podem estar funcionando como trampolins ecológicos entre maiores remanescentes na região, consolidando sua importância Quanto mais irregulares os formatos, maior foi o total de bordas dos fragmentos e quanto maior o tamanho do fragmento, menor foi a influência do efeito de borda. Assim, para que os fragmentos sujeitos a um maior efeito de borda tenham sua biodiversidade protegida, é fundamental aumentar suas áreas ou promover a sua interligação a outros fragmentos por meio de corredores ecológicos Os fragmentos mapeados correspondentes às unidades de conservação RPPN Cafundó e FLONA de Pacotuba pertencem ao grupo dos fragmentos grandes e, encontram-se próximos (3,5 km), sendo recomendada a implantação de corredores ecológicos para interligá-los Com base na análise das métricas, para fins de preservação ou implantação de unidades de conservação, o fragmento deverá possuir o tamanho mínimo de 5 ha Para a realização de estudos com fragmentos florestais nesta região seria indicada uma distância máxima de borda de 1 metros, pois valores acima deste eliminariam por completo os fragmentos pequenos, os quais predominam na região. 6

76 5. REFERÊNCIAS ALMEIDA, C.G. Análise espacial dos fragmentos florestais na área do Parque Nacional dos Campos Gerais, Paraná. Dissertação (Mestrado em Gestão do território), Universidade Estadual de Ponta Grossa, Paraná, 28. ALVES, M.H. SIHBRI: Sistema de Informações Hidrológicas da Bacia do Rio Itapemirim. In: SEMINÁRIO ESPÍRITO-SANTENSE DE RECURSOS HÍDRICOS, 2, 23, Vitória. Anais... II Seminário Espírito-Santense de Recursos Hídricos, p AWADE,M.; METZGER, J.P. Importance of functional connectivity to evaluate the effect of habital fragmentation for three Atlantic Rainforest birds. Austral Ecology,n.33,. 28. CAMPOS, J.B. A fragmentação de ecossistemas, efeitos decorrentes e corredores de biodiversidade. CAMPOS, J.B.; Tossulino, M.G.p.; Muller, C.R.C. (org.) Unidades de conservação: ações para valorização da biodiversidade. Curitiba: Instituto Ambiental do Paraná (IAP), p , p. CARRÃO, H.; CAETANO, M.; NEVES, N. LANDIC: cálculo de indicadores de paisagem em ambiente SIG. In: Encontro de Utilizadores de Informação Geográfica - ESIG 21, 6., Oeiras, Portugal, 28-3 nov., 21. Anais... Lisboa: Associação dos Utilizadores de Sistema de Informações Geográficas - USIG, 21. FAHRIG, L. Effects of habitat fragmentation on biodiversity. Annual Review of Ecology, Evolution and Systematic.n.34, p FARINA, A. Principles and methods in landscape ecology. Londres: Chapman e Hall.1998., 235 p FLEURY, M. Efeito da Fragmentação Florestal na predação de sementes da Palmeira Jerivá (Syagrus Romanzoffiana) em florestas semidecíduas do estado de São Paulo. Dissertação (Mestrado) USP/SP. Piracicaba. 23. FONTOURA, S.B.; GANADE, G.; LAROCCA, J. Changes in plant community diversity and composition across na edge between Araucaria Forest and pasture in South Brazil. Revista Brasil. Bot., v.29, n.1, p , jan-mar. 26. FORMAN, R.T.T; Godron, M. Landscape Ecology. New York, John Wilwy e Sons,. 619p GUATURA, I. N.; CORRÊA, F.; COSTA, J. P. O. e AZEVEDO, P. U. E. A questão fundiária: roteiro para a solução dos problemas fundiários nas áreas protegidas da Mata Atlântica. Roteiro para a conservação de sua biodiversidade. Série Cadernos da Reserva da Biosfera, Caderno nº 1, p. 61

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80 CAPÍTULO II EVOLUÇÃO TEMPORAL DO USO DA TERRA E ANÁLISE DA ESTRUTURA DA PAISAGEM NO ENTORNO DAS UNIDADES DE CONSERVAÇÃO RPPN CAFUNDÓ E FLORESTA NACIONAL DE PACOTUBA

81 CAPÍTULO 2 Evolução temporal do uso da terra e análise da estrutura da paisagem no entorno das unidades de conservação RPPN Cafundó e Floresta Nacional de Pacotuba RESUMO O objetivo deste estudo foi mapear as classes de uso e ocupação da terra, analisar e quantificar as mudanças estruturais da paisagem, entre os anos de 197 e 27, no entorno das Unidades de Conservação (UC s), Floresta Nacional (FLONA) de Pacotuba e Reserva particular de patrimônio natural (RPPN) Cafundó, por meio do uso de índices de ecologia de paisagem. Com o mapa de uso e ocupação da terra foi possível caracterizar quantitativamente, em termos de área, as classes presentes no entorno das duas unidades. Nos 37 anos avaliados houve poucas mudanças no uso e ocupação da terra no entorno das unidades, estando as duas áreas dominadas, em sua maioria, por pastagem. As métricas ou índices de ecologia da paisagem foram obtidos por meio da extensão Patch Analyst ao nível de paisagem e de classe, sendo obtidos valores para as 1 classes de uso e ocupação da terra mapeada. Os resultados da análise quantitativa, por meio de métricas, apontaram para um aumento na fragmentação da paisagem no entorno das Unidades de Conservação RPPN Cafundó e FLONA de Pacotuba. Palavras-chave: Uso da terra, Sistemas de Informações Geográficas, Índices de ecologia da paisagem 66

82 CHAPTER 2 Time evolution of land use and analysis of landscape structure in the area around the units of conservation PRNP Cafundó and National Forest of Pacotuba ABSTRACT The aim of this study was to map the classes of use and occupancy of land, analyze and quantify the structural changes of scenery, between the years 197 and 27, surrounding the Conservation Units (UC's) National Forest (FLONA) of Pacotuba and Private reservation of natural patrimony (PRNP) Cafundó, through the use of indexes of landscape ecology. With the map of use and occupation of land was possible to characterize quantitatively, in terms of area, the present classes in the surroundings of the two units. On the 37 evaluated years there were a few changes in the use and occupancy of the land surrounding the units, with the two areas mostly dominated by grazing. Metrics or indexes of landscape ecology were obtained through the Patch Analyst extension by landscape and class level, and values were obtained for the 1 classes of use and occupancy of the mapped land. The results of quantitative analysis by the use of metrics pointed to an increase in the fragmentation of the landscape surrounding the Units of Preservation PRNP Cafundó and FLONA of Pacotuba. Keywords: Land use, Geographic Information Systems, indexes of landscape ecology 67

83 1. INTRODUÇÃO A expansão antrópica tem intensificado as pressões sobre áreas com florestas naturais que, muito frequentemente, não resistem à rápida ampliação da fronteira agrícola e de projetos urbanos. Entretanto, também têm-se ampliado as preocupações com a qualidade de vida e o balanço entre áreas vegetadas e áreas intensamente povoadas (OLIVEIRA, 2), sendo que alguns destes esforços têm sido materializados sob a forma de Unidades de Conservação (UCs). As Unidades de Conservação (UC s) constituem importantes ferramentas para conservação dos, tão ameaçados, recursos naturais existentes no planeta. As UC s brasileiras foram instituídas pela Lei Federal nº 9.985, de 18 de Julho de 2, o que significou um grande avanço na definição das classificações e dos objetivos de manejo destas áreas. Em algumas UC s as atividades de uso público como as recreativas, educativas e de lazer são permitidas com a finalidade de promover a interpretação do meio ambiente, tornando-se, uma diretriz potencial para conservação dos recursos naturais (Brasil, 2). A Reserva Particular de Patrimônio Natural (RPPN) Cafundó foi a primeira Unidade de Conservação dessa categoria a ser criada no Estado do Espírito Santo, no ano de Está localizada no município de Cachoeiro do Itapemirim e é a mais representativa da Mata Atlântica, protegendo uma grande diversidade de espécies. A Floresta Nacional (FLONA) de Pacotuba no Município de Cachoeiro de Itapemirim, Estado do Espírito Santo foi instituída pelo Decreto-Lei Federal de 13 de dezembro de 22, tendo como objetivos promover o manejo de uso múltiplo dos recursos naturais, manutenção e proteção dos recursos hídricos e da biodiversidade, a recuperação de áreas degradadas, educação ambiental, bem como o apoio ao desenvolvimento de métodos de exploração sustentáveis do uso dos recursos naturais das áreas limítrofes. De acordo com MOREIRA et. al. (27) esta UC preserva um importante fragmento florestal de Mata Atlântica da classe Estacional Semidecidual, localizado em uma região com florestas altamente degradadas pela cultura itinerante, representada, principalmente, pela agropecuária extensiva, contribuindo à supressão de várias espécies florestais que se encontram em extinção no Estado do Espírito Santo. 68

84 A importância dessas Unidades de Conservação leva à necessidade do estudo ou análise da estrutura da paisagem do seu entorno ou matriz, o que fundamenta a análise dos processos relacionados à conservação e à preservação de sua cobertura florestal, visto que a paisagem do entorno está relacionada com as pressões sofridas pelas UC s. A quantificação da estrutura da paisagem serve como pré-requisito para compreensão das mudanças que veem acontecendo no uso da terra da região de contato com as UC s. O entendimento de como os processos ecológicos e padrões ocorrem na paisagem é vital para o manejo e conservação da biodiversidade. A missão da ecologia de paisagens é compreender como os aspectos espaciais influenciam estas características ecológicas ao longo do tempo e do espaço, permitindo explicar tais feições e, por conseguinte, fazer predições e colocar em prática ações adequadas de manejo (Turner, 1989). Para a análise e quantificação da estrutura da paisagem são utilizados índices que podem ser distribuídos em diversas categorias. Esses índices permitem descrever o nível de uniformidade ou fragmentação espacial de uma paisagem, essenciais para avaliação dos mecanismos ecológicos responsáveis pelas distribuições populacionais. Para a aplicação de índices de ecologia da paisagem é necessário recorrer à classificação do uso da terra, a fim de produzir um documento cartográfico, temático do uso da terra. Na produção desse documento são necessários conhecimentos de Sistema de Informações Geográficas, técnicas de fotointerpretação ou classificação de imagens, e ainda, dispor de materiais como fotografias aéreas ou imagens de satélites. Neste contexto, o objetivo deste estudo foi mapear as classes de uso e ocupação da terra, analisar e quantificar as mudanças estruturais da paisagem, ocorridas entre 197 e 27, no entorno das Unidades de Conservação FLONA de Pacotuba e RPPN Cafundó, através do uso de Sistemas de Informações Geográficas e índices de ecologia de paisagem. 69

85 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO As áreas alvos deste estudo compreendem o entorno de duas unidades de conservação (UC s) localizadas na bacia do rio Itapemirim: a Reserva Particular de Patrimônio Natural (RPPN) Cafundó e a Floresta Nacional (FLONA) de Pacotuba, ambas localizadas no município de Cachoeiro de Itapemirim, ES (Figura. 2.1). O entorno da RPPN Cafundó corresponde a uma área de aproximadamente 7 Km2 e se localiza entre a latitude 2º4 23 S a 2º44 51 S e longitude 41º1 53 W a 41º15 42 W. A área de estudo correspondente ao entorno da FLONA de Pacotuba está localizada entre as coordenadas de 2º42 14 a 2º46 5 de latitude Sul e 41º14 11 a 41º18 32 de longitude oeste e possui uma área aproximada de 64 km Ampliação Muniz Freire Castelo Coordenadas UTM do ponto de partida (Po) E= ,757 m N = ,142 m Projeção: Universal Transversa de Mercator Datum: World Geodetic System 1984 WGS 84, zona 24 K Escala Gráfica km Convenções Topográficas Vargem Alta Unidades de Conservação Po FLONA Pacotuba 77 Alegre Mimoso do SulMuqui 769 Cachoeiro de Itapemirim Jerônimo Monteiro Atílio Vivácqua 768 Itapemirim RPPN Cafundó Marataíses Título Localização das Unidades de Conservação FLONA de Pacotuba e RPPN Cafundó na sub-bacia hidrográfica do rio Itapemirim. Elaborado no ano de 29 Fonte: Aerofoto Ortor. de 27 E: 1:35 : IEMA Apoio: Fapes: Fundação de apoio à ciência e tecnologida do Espírito Santo Resp. Técnicos: Daiani B. Pirovani Aderbal G. da Silva Alexandre R. dos Santos 31 Figura 2.1 Localização das Unidades de Conservação FLONA de Pacotuba e RPPN Cafundó na área de estudo presente na bacia hidrográfica do rio Itapemirim. 7

86 2.2. EVOLUÇÃO TEMPORAL DO USO E OCUPAÇÃO DA TERRA NO ENTORNO DAS UC S RPPN CAFUNDÓ E FLONA DE PACOTUBA Os mapas de uso e ocupação da terra no entorno das duas unidades foram elaborados utilizando aerofotos obtidas no ano de 197 e o ortofotomosaico obtido no ano de 27. As aerofotos do ano de 197 do entorno da RPPN Cafundó (Figura 2.2) e FLONA de Pacotuba (Figura 2.3) foram cedidas pelo Instituto de Defesa Agropecuária e Florestal - IDAF. Possuem escala de 1: 25 e foram digitalizadas no próprio IDAF, em scanner de mesa, com resolução de 8 dpi, e georeferenciadas e mosaicadas no aplicativo ArcGis 9.3. As aerofotos do ano de 27 pertencem ao ortofotomosaico cedido pelo IEMA Instituto Estadual de Meio Ambiente, elaborado a partir de um levantamento aerofotogramétrico na escala 1:35. e podem ser visualizadas nas Figuras 2.4 e 2.5 com as áreas do entorno da RPPN Cafundó e FLONA de Pacotuba, respectivamente. O número de pixels (linhas x colunas) e a resolução espacial do ortofotomosaico do ano de 27 referentes à área de estudo e das aerofotos do ano de 197 depois do processo de mosaicagem encontram-se na Tabela 2.1. Tabela 2.1 Número de pixels e resolução espacial das aerofotos. Imagem Aerofoto entorno RPPN Cafundó (Ano: 197) Aerofoto entorno FLONA Pacotuba (Ano: 197) Aerofoto entorno FLONA Pacotuba (Ano: 27) Aerofoto entorno RPPN Cafundó (Ano: 27) 71 Nº de pixels (linhas x colunas) Resolução espacial 464 x ,5 m 549 x 579 1,4 m 11 x 11 1m 11 x 11 1m

87 Figura 2.2 Fotografia aérea da área de estudo correspondente ao entorno da RPPN Cafundó no ano de 197 após georeferenciamento e mosaicagem. Figura 2.3 Fotografia aérea da área de estudo correspondente ao entorno da FLONA de Pacotuba no ano de 197 após georeferenciamento e mosaicagem. 72

88 Figura 2.4 Ortofotomosaico da área de estudo correspondente ao entorno da RPPN Cafundó no ano de 27. Figura 2.5 Ortofotomosaico da área de estudo correspondente ao entorno da FLONA de Pacotuba no ano de