OTIMIZAÇÃO DO CÁLCULO DOS PARÂMETROS FITOSSOCIOLÓGICOS E COMPARAÇÃO DE SIMILARIDADE DE ESPÉCIES ENTRE SÍTIOS ATRAVÉS DO DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE DE ANÁLISES FLORESTAIS MÓDULO DE ANÁLISE FITOSSOCIOLÓGICA 1 Ricardo Dal Agnol da Silva 1*, Mosar Faria Botelho 2 [orientador], Maurício de Souza¹, Priscyla Vanessa Antonelli¹, Daniela Aparecida Estevan 2 Acadêmico do curso de Engenharia Florestal UTFPR-Dois Vizinhos. E-mail: ricds@hotmail.com, dark_mds@hotmail.com, priscynha@hotmail.com 2 Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Dois Vizinhos, Paraná. E-mail: mosar@utfpr.edu.br, danielaaestevan@utfpr.edu.br *Autor para correspondência Resumo: A dificuldade do uso dos softwares disponíveis para no meio científico e a necessidade de agilidade no cálculo dos parâmetros fitossociológicos impulsionam o desenvolvimento de novas ferramentas nessa área, tornando-se necessários softwares que possuam uma interação homem-máquina mais amena. Para tanto, propôsse o desenvolvimento de um software de análises florestais, onde seu primeiro módulo relaciona-se as análises fitossociológicas, para otimização do cálculo dos parâmetros fitossociológicos e de comparação de similaridade entre sítios, devido a falta de algoritmos de fácil utilização dotados da capacidade de prover resultados rápidos e com segurança. O software foi desenvolvido em plataforma Qt4, um framework para a linguagem C++ muito utilizado por todo mundo devido sua licença GPL (software livre) e ser multiplataforma, ou seja, não se necessita mudança no código-fonte para compilar o programa para diferentes sistemas operacionais como Windows e Linux, composto por quatro interfaces básicas: menu principal, edição de dados, análise fitossociológica e comparação entre sítios. Para fins de teste foram utilizados dados dos levantamentos realizados por Antonelli (2011) em três áreas da região sudoeste do Paraná, onde foi possível o cálculo dos parâmetros desejados. Como resultado, constatou-se que o software foi eficiente no cálculo dos parâmetros permitindo concluir, através de uma análise dos parâmetros, que a mata 3 obteve a maior diversidade e equabilidade entre as três áreas estudadas, apesar da mata 2 ter apresentado a maior riqueza de espécies. A mata 1 e 2 apresentaram a maior similaridade entre os sítios. Além disso, pode-se concluir que a espécie Diatenopteryx sorbifolia foi a mais freqüente dentre as áreas estudadas. Palavras-chave: C++, fitossociologia, programação Introdução Os estudos fitossociológicos da vegetação são de suma importância nos processos de conservação da biodiversidade, sendo fonte de conhecimento do estado atual dos remanescentes florestais e assim propiciando o desenvolvimento de ações de recuperação sobre esses ambientes. Diante disso, a realização dessas análises proporcionam a padronização dos atributos de cada ambiente florístico e fisionômico, o que torna possível o estudo de modelos mais adequados de manejo florestal (OLIVEIRA & AMARAL, 2004). O processamento dos dados coletados à campo necessita de amparo técnico e geralmente é realizado através do uso de softwares para a realização de tarefas mecânicas e aplicação de diversas equações, otimizando o processo de cálculo, que resultam em tabelas e relatórios para análise do usuário, o mesmo fato ocorre com as análises fitossociológicas. Porém, há grande dificuldade da utilização desses softwares por parte dos usuários, pois são derivados de sistemas operacionais mais antigos, por exemplo, como o MS-DOS, e são de difícil uso para usuários acostumados com sistemas operacionais atuais que envolvem orientação a objetos como o caso de manipulações de janelas, por exemplo, o Sistema Operacional Windows. Além disso, vale ressaltar a importância do desenvolvimento de ferramentas que operem em qualquer sistema operacional, tanto Windows, Linux, etc. 17 e 18 de Outubro de 2011 293
A linguagem de programação Qt é um framework multiplataforma para desenvolvimento em C++ criado pela empresa norueguesa Trolltech. Com ele é possível desenvolver aplicativos e bibliotecas uma única vez e compilá-los para diversas plataformas sem que seja necessário alterar o código fonte (NOKIA, 2011). Essa linguagem atualmente está na sua versão nº4 (Qt4), possui licença do tipo General Public License (GPL), ou seja, software livre, e vem sendo utilizada mundialmente por usuários de diferentes plataformas (NOKIA, 2011). Portanto, o objetivo deste trabalho foi propor o desenvolvimento de um software em linguagem de programação C++/Qt4 para a realização de análises florestais focado em análises fitossociológicas para cálculo de parâmetros fitossociológicos e índice de comparação de similaridade de espécies entre sítios, a fim de otimizar a realização das análises e proporcionar maior comodidade aos técnicos da área para análise de seus dados. Material e Métodos Os dados da estrutura da vegetação utilizados para experimento no software foram originados por levantamento a campo e cedidos gentilmente por Antonelli (2011). O levantamento foi realizado com amostragem em parcelas quadradas de 100 m² (10x10 m), totalizando 20 parcelas em cada uma de três áreas de estudo situadas na região sudoeste do estado do Paraná, próximos ao município de Dois Vizinhos PR, denominadas, a fim do teste proposto neste trabalho, como mato1, mato2 e mato3. Em cada parcela foram amostrados e identificados os indivíduos com circunferência à altura do peito (CAP) maior ou igual a 15 cm, e coletado material vegetativo para identificação dos indivíduos arbóreos. O software fora programado em linguagem de programação C++ orientada à objetos em Qt4, onde foram criadas quatro interfaces: menu principal, entrada de dados, análise fitossociológica, comparação entre sítios. Os algoritmos de cálculo dos parâmetros fitossociológicos e índice de similaridade entre os sítios foram programados utilizando como base a bibliografia de Martins (2003), com as equações dispostas na Tabela 1. Após calculados os parâmetros no software, os resultados foram discutidos em relação as espécies com maiores valor de importância (VI), diversidade, equabilidade e similaridade. Resultados e Discussão A partir da interface de entrada de dados o usuário pode realizar a digitação de novos dados ou edição de dados prévios. A importação de um arquivo de texto contendo os dados também pode ser realizada pelo controle na parte inferior, observada, por exemplo, na Figura 2. No entanto, o arquivo a importar deve estar disposto como na Figura 1, compondo, nas três primeiras linhas o sítio a se analisar, área analisada em m², cabeçalho dos dados, e somente em seguida os dados propriamente ditos. Há possibilidade de utilização do CAP ou do diâmetro à altura do peito (DAP) como variável dendrométrica, informando no cabeçalho as variáveis de entrada sendo as possibilidades: dap (DAP em cm), cap (CAP em cm), alt (altura em metros), par (parcela que o indivíduo está presente), esp (espécie, nome científico ou usual), dispostos em qualquer ordem de posição, exceto a variável esp que deve ser a última digitada. Há obrigatoriedade de se fornecer dados de pelo menos o DAP/CAP, parcela e espécie de cada indivíduo, o valor da altura é opcional. Para os indivíduos com mais de um fuste, os CAP/DAP de cada fuste devem ser colocados separando-os por vírgula. Já o separador decimal dos números deve ser sempre o ponto, e o separador entre as variáveis o espaço. 17 e 18 de Outubro de 2011 294
A partir dos dados carregados no sistema de controle de dados, as análises podem ser realizadas acessando a interface de análise fitossociológica via menu principal, selecionando-se o sítio dentre os carregados a se analisar e clicando no botão Calcular, obtendo os resultados em tela (Figura 2). Esses resultados podem ser exportados para arquivo texto (*.txt) ou planilha de texto separada por vírgulas (*.csv). Para realização da comparação de similaridade entre sítios basta acessar a interface de comparação entre sítios, marcar pelo menos dois sítios para cálculo da similaridade e clicar em Calcular. Logo, o resultado será exibido em tela e poderá ser copiado livremente. Os resultados dos parâmetros obtidos durante a análise foram dispostos na Tabela 2, além daqueles que são extraídos diretamente das tabelas, como pode ser visto, em parte, na Figura 2. A área de estudo que apresentou maior riqueza de espécies foi a mato 2. No entanto, essa área de estudo obteve índices de diversidade e equabilidade inferiores do que a mata 3, onde pode se dizer que os indivíduos encontram-se mais uniformemente distribuídos entre as espécies. Quanto a similaridade de espécies, todas apresentaram valores baixos, sendo que as mais similares foram as matas 1 e 2. As espécies de maior valor de importância na mata 1 foram a Diatenopteryx sorbifolia com 15,45%, Nectandra megapotamica com 11,48% e Casearia sylvestris com 9,96%, demonstrando também os maiores valores de dominância, freqüência e densidade. Na mata 2 repetiu-se a espécie de maior valor de importância da mata 1, a Diatenopteryx sorbifolia, com 11,91%, apesar dessa ter obtido um valor inferior de dominância em relação a Nectandra lanceolata, a segunda espécie de maior VI, a qual apresentou um valor de 9,42%, e valores altos de densidade e freqüência, e em terceiro a espécie Cabralea canjerana, com 6,27% de VI. Na mata 3 a espécie de maior valor de importância foi a Nectandra lanceolata com 9,77%, apesar de apresentar valores menores de densidade e freqüência que a Nectandra megapotamica, ela apresentou um alto valor de dominância o que a deixou em primeiro lugar. Já a Nectandra megapotamica apresentou um valor inferior de dominância comparada com a Cabralea canjerana, porém seus valores de densidade e freqüência a deixaram em segundo lugar de VI, com 8,17%, onde a Cabralea canjerana obteve 7,78%. Neste fragmento a Jacaranda micrantha é uma espécie importante de se destacar, pois, havia apenas um indivíduo e este ficou entre as dez primeiras espécies com maior VI, pois apresentou uma alta dominância, ou seja, grande diâmetro, obtendo 4,41% de VI. Conclusão Verificou-se que o software se mostrou eficiente na realização do processamento dos dados para análises fitossociológicas, calculando os parâmetros mais utilizados e a similaridade entre sítios, o que permitiu a realização de uma discussão dos resultados para cada área de estudo. Como a linguagem de programação escolhida fora a C++/Qt, podem ser geradas versões deste software tanto para ambiente Windows como para Linux, gerando maior acessibilidade do software para todos os usuários. Das espécies identificadas a que apareceu o maior número de vezes (15,6%) foi a Diatenopteryx sorbifolia ocorrendo nos três fragmentos florestais. A mata 3 foi a que apresentou uma maior diversidade e equabilidade entre as espécies, apresentando quase que sua diversidade máxima, o que demonstra uma boa distribuição dos indivíduos sobre as espécies. A mata 1 e 2 foram as que possuíram maiores índices de similaridade de espécies. 17 e 18 de Outubro de 2011 295
Agradecimentos Agradecimentos à Fundação Araucária e ao CNPq pelo apoio financeiro recebido para viabilizar a concretização de mais esse trabalho. Referências ANTONELLI, Priscyla Vanessa. Comparação de fragmentos florestais em diferentes idades de regeneração natural em Dois Vizinhos, PR. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Ambiental), FAED Faculdade Educacional de Dois Vizinhos, Dois Vizinhos PR, 2011. MARTINS, R. Estrutura de uma floresta mesófila. 2.ed. Editora da UNICAMP. 1991. OLIVEIRA, A. N. de; AMARAL, I. L. do. Florística e fitossociologia de uma floresta de vertente na Amazônia Central, Amazonas, Brasil. Acta Amazônica, Manaus, v. 34, n. 1, p. 21-34, 2004. NOKIA. Qt. Disponível em: <http://qt.nokia.com/>. Acesso em: 02 de set.2011. Tabela 1. Equações utilizadas no cálculo dos parâmetros fitossociológicos. Parâmetro Abreviação Fórmula Unidade Número de indivíduos Ni Σ arv. da sp. arv. Unidades amostrais UA Quantidade de parcelas onde a espécie foi observada u.a. Densidade absoluta DA Ni x 10000 / área amostrada arv.ha -1 Densidade relativa DR DA x 100 / Σ DA % Dominância absoluta DoA ([(pi x DAP²) / 40000)] x 10000) / área amostrada m².ha -1 Dominância relativa DoR DoA x 100 / Σ DoA % Freqüência absoluta FA UA x 100 / Nº de UA s % Freqüência relativa FR FA x 100 / Σ FA % Valor de Importância VI (DR + DoR + FR) / 3 % Valor de Cobertura VC (DR + DoR) / 2 % Riqueza S Nº sp. diferentes esp. Índice de Shannon- H - Σ [(DR/100) x Ln(DR/100)] Wiener Diversidade Máxima Hmax Ln (Riqueza) Índice de Pielou J H / Hmax Área Basal G Σ DoA m².ha -1 Índice de Jaccard Sj [ c / (a + b + c) ] x 100 % Tabela 2. Resultados dos índices calculados pelo software a partir dos dados do levantamento de teste. Parâmetro fitossociológico Mata 1 Mata 2 Mata 3 Riqueza (S) 37 47 41 Índice de Diversidade Shannon-Wiener (H ) 2,79523 3,21908 3,40374 Diversidade Máxima (Hmax) 3,61092 3,85015 3,71357 Índice de Equabilidade de Pielou (J ) 0,774106 0,836094 0,916569 Área basal (G) 34,8299 26,7128 25,5596 Similaridade de Jaccard (Sj)* 1 2: 0,377049 2 3: 0,353846 1 3: 0,344828 *1 2, 1 3, 2 3 são comparações de similaridade das matas 1 e 2, 1 e 3, 2 e 3, respectivamente. 17 e 18 de Outubro de 2011 296
Figura 1. Formato dos dados para serem importados no software. Figura 2. Resultados da análise fitossociológica exibidos na interface de análise fitossociológica. 17 e 18 de Outubro de 2011 297