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ISBN: 978-85-7282-778-2 Página 1
PADRÕES ESPACIAIS DE FRAGMENTAÇÃO FLORESTAL NA
BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO GUAPI-MACACU - RJ
Arthur Alves Bispo dos Santos (a), Vinicius da Silva Seabra (b)
(a) Departamento de Geografia UERJ – FFP / Faculdade de Formação de Professores,
Universidade do Estado do Rio de Janeiro, [email protected]
(b) Departamento de Geografia UERJ – FFP / Faculdade de Formação de Professores,
Universidade do Estado do Rio de Janeiro, [email protected]
Eixo: Geotecnologias e modelagem aplicada aos estudos ambientais
Resumo
A vegetação exerce função determinante no equilíbrio dos sistemas naturais, e a análise de seu
estado de conservação se torna imprescindível, principalmente em áreas de grande dinamismo, como é o
caso da bacia hidrográfica Guapi-Macacu, que se localiza no estado do Rio de Janeiro, e que é
responsável pelo abastecimento de água de 2 milhões de habitantes da região metropolitana. O trabalho
tem por objetivo a análise dos padrões espaciais de fragmentação florestal na bacia hidrográfica Guapi-
Macacu - RJ, dando ênfase ao arranjo espacial a partir das métricas da paisagem. A metodologia
consiste em técnicas de geoprocessamento e sensoriamento remoto, por meio da classificação baseada
em objetos (GEOBIA), e da realização das métricas da paisagem, utilizando cálculos de área, densidade
e tamanho, forma, borda, e área central. Esse tipo de estudo permite análises que são úteis para
prefeituras, órgãos fiscalizadores, gestão ambiental e planejamento, como subsídio à tomada de
decisões.
Palavras chave: Geoprocessamento, fragmentos florestais, métricas da paisagem,
classificação baseada em objeto, bacia hidrográfica Guapi-Macacu.
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1. Introdução
A vegetação exerce função determinante no equilíbrio dos sistemas naturais, e a
análise de seu estado de conservação em diferentes escalas e recortes espaciais se torna
imprescindível. Como uma das possibilidades de analisar a distribuição da vegetação sobre a
superfície terrestre, está o estudo do uso e cobertura da terra, que constitui as informações
básicas para o entendimento das manifestações humanas, caracterizadas pela distribuição dos
materiais biofísicos sobre a superfície terrestre (LUCHIARI, 2005).
Um fragmento florestal pode ser definido como qualquer área de vegetação natural
contínua interrompida por barreiras naturais, como lagos, rios, rochas ou solos; e antrópicas,
como culturas agropecuárias e ocupações urbanas (VIANA, 1992). Assim, analisar a
distribuição e o padrão de fragmentação florestal é de fundamental importância,
principalmente para fins de proteção. Além disso, permite também entender o quão
equilibrado está uma área e como essa área consegue manter suas funções geossistêmicas,
como por exemplo, a manutenção de mananciais hídricos, biodiversidade e mitigação de
processos erosivos.
A análise dos padrões da fragmentação florestal pode ser feita através das métricas da
paisagem. Turner et al. (2001) afirmam que a utilização das métricas para avaliação da
estrutura da paisagem é considerada um método eficiente para a compreensão das condições
ecológicas de uma determinada localidade.
A bacia do rio Guapi-Macacu (Figura 1) é o resultado da união artificial dos rios
Macacu, Guapiaçu e Guapimirim. Abrange em torno de 1.260 km², correspondente a quase
um terço do total da área de contribuição à baía de Guanabara, no Estado do Rio de Janeiro, e
é responsável pelo abastecimento de água de quase dois milhões de pessoas (BENAVIDES et
al., 2009). A área de drenagem da bacia pertence aos municípios de Cachoeiras de Macacu,
Guapimirim e uma pequena área de Itaboraí e Magé. A bacia se limita ao norte pela escarpa
da Serra do Mar, onde se encontra as suas principais nascentes. Em suas porções leste e
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sudeste, esta bacia tem como limites formações montanhosas dos patamares residuais,
também da Serra do Mar, e de maciços alcalinos do Tinguá e Rio Bonito.
Figura 1. Mapa de delimitação da bacia hidrográfica do rio Guapi-Macacu – RJ
A construção do Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro (COMPERJ), no
município de Itaboraí, proporciona uma série de modificações nessa área e ao entorno, tais
como, expansão imobiliária, aumento do contingente populacional, grande fluxo de pessoas e
materiais, entre outros fatores que contribuem com a pressão e impactos sobre a
biodiversidade e geodiversidade da bacia.
Portanto, o trabalho tem por objetivo a análise dos padrões espaciais de fragmentação
florestal na bacia hidrográfica do rio Guapi-Macacu - RJ, dando ênfase ao arranjo espacial a
partir das métricas da paisagem, que são aquelas que quantificam o tamanho, a forma e as
áreas centrais dos fragmentos. As métricas da paisagem são realizadas a partir do
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mapeamento de uso e cobertura da terra, produzido através da classificação baseada em
objetos (GEOBIA), com imagem de satélite Landsat 8.
2. Material e Métodos
A realização da classificação de uso e cobertura da bacia hidrográfica do rio Guapi-
Macacu se iniciou com a aquisição da imagem do sensor Operational Land Imager (OLI),
transportado pelo satélite Landsat 8. Este dado foi adquirido, já ortorretificado, através do site
Earthexplorer, que é operacionalizado pelo Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS).
A imagem foi obtida no dia 25 de setembro de 2015, e sua escolha baseou-se no fato de ser a
cena mais recente sem cobertura de nuvens na área de interesse.
Em seguida, foi realizado a correção atmosférica nas bandas da imagem de satélite.
Para a correção atmosférica, utilizou-se o software 6S, e os parâmetros escolhidos foram:
modelo de atmosfera tropical, modelo de aerossóis urbano, parâmetro de visibilidade com 15
km (levando em conta características locais, época do ano e análise visual) e superfície média
de 50 m acima do nível do mar. Outros parâmetros, tais como: data e horário de aquisição,
número de linhas e colunas da imagem e informações sobre as bandas, foram adquiridos nos
metadados da imagem.
Posteriormente, foi criado um projeto no software Definiens, em que as bandas da
imagem OLI foram incorporadas, para posterior classificação baseada em objetos (GEOBIA).
O método GEOBIA foi o escolhido para este tipo de classificação pois apresenta um ambiente
para a classificação de imagens que possibilita a adoção de segmentação em diferentes níveis
de escala, a utilização de descritores variados, disponibilizados ou construídos, além da
hereditariedade entre níveis e/ou classes.
Cruz et al. (2007) apontam que a classificação baseada em objetos geográficos busca
simular técnicas de interpretação visual através da modelagem do conhecimento para
identificação de feições, baseada na descrição de padrões identificadores, tais como textura,
cor, métrica, contexto. A GEOBIA ainda se diferencia das demais técnicas por apresentar a
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possibilidade de se realizar multissegmentações, gerando níveis hierarquizados, incluindo
ainda aspectos de multirresolução.
Com o projeto criado no software Definiens, foram aplicados uma série de processos
em diferentes etapas. O primeiro processo é a segmentação. Para este trabalho diferentes
parâmetros de segmentação foram testados, e após alguns testes e análises, a imagem foi
segmentada com valores de escala 50 (parâmetro de cor/forma 0,1 e suavidade/compacidade
0,5), com pesos iguais para todas as bandas. Segundo Florenzano (2011), a segmentação de
imagens é um processo computacional que permite dividir a imagem em regiões
espectralmente homogêneas.
Em seguida foram definidas e estruturadas as classes temáticas, assim como a rede
semântica de mapeamento. Foi elaborada uma rede semântica em três níveis, onde no
primeiro nível foram mapeadas as classes de água, sombra e outros usos. A classe temática
"outros usos", no segundo nível semântico, foi classificada em agropasto, áreas úmidas, áreas
urbanas, solo exposto e vegetação natural. Por fim, a classe de “vegetação natural” foi
separada em florestas e mangues.
Para a classificação de cada classe temática foram escolhidas de 10 (dez) a 15 (quinze)
amostras distribuídas dentro da área de estudo. Em seguida à amostragem, foi aplicado o
processo de modelagem, que consiste na definição de descritores para a classificação das
regiões produzidas na segmentação. Após essa última etapa, foi rodado o processo de
classificação, que resultou no mapa de uso e cobertura da bacia hidrográfica do rio Guapi-
Macacu (Figura 2).
A partir do mapa de uso e cobertura da terra, a classe “florestas” foi isolada. Para a
posterior realização das métricas da paisagem, os fragmentos florestais foram divididos em
classes de acordo com o tamanho: muito pequeno (inferior a 10 ha), pequeno (entre 10 e 91
ha), médio (entre 91 e 501 ha), grande (entre 501 e 1100 ha) e muito grande (acima de 1100
ha). Classificação semelhante foi utilizada por Abdalla & Cruz (2015).
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Essa metodologia foi escolhida pois a análise conjunta dos fragmentos, sem considerar
as devidas particularidades dos fragmentos de acordo com o seu tamanho, podem mascarar
informações de muita relevância, tanto de fragmentos pequenos como de fragmentos grandes,
para a dinâmica da paisagem.
Figura 2. Mapa de uso e cobertura da terra da bacia hidrográfica do rio Guapi-Macacu - RJ.
Após a classificação dos fragmentos florestais em classes conforme o tamanho, foram
realizadas as análises das métricas de ecologia da paisagem. As métricas ou índices foram
produzidos a partir da extensão Patch Analyst disponível no software ArcGIS 10.4. Foram
utilizadas métricas de área, densidade e tamanho, forma, borda, e área central.
A partir das métricas de densidade e tamanho, foi possível identificar a quantidade de
fragmentos e o tamanho médio dos fragmentos por classe de tamanho. Viana et al (1992)
aponta que a medida do tamanho e a densidade dos fragmentos são de suma importância para
o desenvolvimento de estratégias para a conservação de biodiversidade. Também foram
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realizadas análises de índices de forma e de borda dos fragmentos por classe de tamanho, que
são: índice de forma médio, total de bordas, e densidade de bordas.
A métrica de área central é considerada pela literatura como medida muito mais forte
de qualidade de habitats do que a área dos fragmentos, pois apresenta uma previsão do que
realmente está sendo conservado (VOLATÃO, 1998). Assim, para a análise da área central,
foram obtidos valores para: quantidade de manchas que possuem área central por classe de
tamanho, média do tamanho da área central por classe de tamanho, e o índice de área central,
medido em porcentagem. Para as métricas de área central, foi utilizada a distância de 100
metros da borda. Pirovani (2010) afirma que 100 metros é a distância adequada para estimar a
área central, pois valores acima disso causam uma redução significativa nos valores dessa
métrica.
3. Resultados e Discussões
A partir do mapa dos fragmentos florestais em classes de tamanho (Figura 3), é
possível perceber que os maiores fragmentos estão localizados de forma contínua na escarpa
da serra do mar e nos patamares residuais, nas porções norte e nordeste da bacia.
Na tabela I temos os resultados das métricas da paisagem por classes de tamanho dos
fragmentos. Nela podemos observar que foram encontrados 1.287 fragmentos florestais, que
ocupam 59.107,9 ha da bacia hidrográfica do rio Guapi-Macacu. A média de tamanho para os
fragmentos analisados conjuntamente, sem distinção de classes de tamanho, foi de 45,9 ha.
Esse valor médio ocorre por conta da presença de uma alta quantidade de fragmentos
pequenos, e também pela ocorrência de fragmentos com valores de área muito acima do valor
médio.
Os fragmentos considerados como “muito pequeno” totalizam 1.091, com tamanho
médio de 2,57 ha, ocupando uma área de 2.808,27 ha, e representando apenas 4,75% da área
total ocupada pelos fragmentos. A classe “pequeno” tem um total de 175 fragmentos, com
tamanho médio de 26,04 ha, correspondendo a área de 4.557,93 ha, referente a 7,71% da área
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total. A classe “médio” totaliza 16 fragmentos, com tamanho médio de 224,43 ha, ocupando
uma área de 3.590,94 ha, que representa 6,08% da área total de remanescentes florestais.
Figura 3. Mapa de fragmentação florestal por classe de tamanho da bacia hidrográfica do rio
Guapi-Macacu - RJ.
As duas últimas classes são classes com menor número de fragmentos, mas que
ocupam a maior porção de área dos remanescentes florestais. A classe “grande” possui 4
fragmentos, num total de 2.892,54 ha, com tamanho médio de 723,13 ha e correspondendo a
4,89% da área total. A classe “muito grande” possui somente 1 fragmento, por se tratar de um
“outlier”, ocupando 45.258,2 ha e representando a maior parte da área total dos fragmentos,
com 76,57%.
O índice de forma médio expressa o quanto o fragmento é próximo de um círculo.
Essa métrica efetua a soma do perímetro de todos os fragmentos e divide pelo quadrado da
área de cada classe. Basicamente expressa que quanto mais próximo de 1 for o valor, a forma
do fragmento é mais parecida com um círculo (REMPEL et. al., 2012). O índice de forma
médio revela que a classe “muito pequeno” possui fragmentos com formatos mais regulares
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(1,58), assim como as classes “pequeno” (2,24) e “médio” (3,85). A classe “grande” possui
valores um pouco mais altos (6,45), e a classe “muito grande” apresenta o maior valor
(22,64), revelando uma forma bem mais complexa. É possível perceber que os fragmentos
ficam mais complexos e irregulares conforme o tamanho do fragmento aumenta. Isso ocorre
por causa da maior proporção de bordas, com alta razão perímetro/área.
Tabela I. Métricas de ecologia da paisagem de área, de tamanho e de densidade por classes de
tamanho da bacia hidrográfica do rio Guapi-Macacu
O valor de “Total de bordas” expressa o comprimento total do perímetro (borda) para
cada classe de tamanho. Ele indica que a classe “muito pequeno” possui 894.976 m de borda,
sendo a segunda classe de tamanho que mais possui áreas em contato com o exterior do
fragmento, estando abaixo apenas da classe “muito grande”, que possui 1.707.750 m de
borda. Já a métrica de densidade de bordas expressa a relação entre o perímetro de cada classe
de tamanho pela área total da paisagem. Ou seja, o valor de cada classe indica quanto o
fragmento possui de área de borda. Percebe-se com isso que a classe “muito pequeno” possui
o valor de borda de 15,14 m/ha, seguido pelas classes “pequeno” (11,99 m/ha), “médio” (5,60
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m/ha) e “grande” (4,18 m/ha), com menor quantidade de borda. A classe “muito grande” é a
que possui maior valor de densidade de borda, de 28,29 m/ha.
A partir dessa métrica, com exceção da classe “muito grande”, percebe-se uma relação
entre a densidade de bordas e o total de bordas para cada classe de tamanho. Os resultados
dessa métrica indica um menor efeito de borda nos fragmentos que possuem menor
quantidade de borda, que são as classes “médio” e “grande”, sugerindo um maior grau de
conservação nos fragmentos desse tamanho. Em contrapartida, com o aumento da quantidade
de bordas, há o aumento também da densidade de bordas, como pode ser visto nas classes
“pequeno” e “muito pequeno”, indicando assim um menor grau de conservação nos
fragmentos desse tamanho.
Devido a forma dos fragmentos, a quantidade de áreas centrais foi maior que o número
de fragmentos para quase todas as classes de tamanho. A classe “pequeno” possui 235 áreas
centrais, a classe “médio” apresentou 67, a classe “grande” possui 45, e a classe “muito
grande” apresentou 182. A exceção é a classe “muito pequeno”, que apresentou somente 33
áreas centrais, dos 1.091 fragmentos iniciais. O maior número de áreas centrais em classes de
tamanho com menores números de fragmento se deve à separação de várias áreas centrais de
um mesmo fragmento, devido ao tamanho e as formas irregulares dos mesmos.
O tamanho médio da área central de cada classe foi proporcional ao aumento do
tamanho das classes, sendo a menor área central da classe “muito pequeno” (0,13 ha) e a
maior da classe “muito grande” (174,28 ha). Associado à essa métrica, está a área total das
áreas centrais para cada uma das classes de tamanho de fragmentos. Isso contribui para o
melhor entendimento do efeito de borda que essas classes de tamanho estão submetidas.
Como exemplo, a classe “muito pequeno” registrou apenas 4,25 ha de área central, que
representa apenas 0,15% da área inicial dos fragmentos dessa classe, o que significa que
99,85% da área dos fragmentos dessa classe estão submetidos ao efeito de borda. De forma
crescente, a classe “pequeno” registrou 475,16 ha de área central, representando 10,42% de
sua área inicial; a classe “médio” apresentou 1.256,52 ha (34,99%); com 1.168,11 ha de área
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central, a classe “grande” apresentou 40,38% de sua área inicial protegida do efeito de borda;
e a classe “muito grande” registrou 31.719 ha de área central, representando 70,08% de sua
área inicial, o que indica que essa classe é a menos afetada.
4. Considerações Finais
A partir dos resultados das métricas da paisagem, percebeu-se que há uma dicotomia
de quantidade de manchas e de dimensão. Os fragmentos classificados como “muito pequeno”
são os mais representativos em termos de quantidade de manchas, mas esses fragmentos
representam uma área mínima em termos de contribuição em área percentual, se comparado
com outras classes de tamanhos. O inverso também ocorre, com a classe “muito grande”
possuindo apenas uma mancha, mas representando uma grande área em termos de dimensão.
Com relação ao formato dos fragmentos florestais, percebeu-se que os fragmentos mais
irregulares apresentaram um maior valor de total de bordas.
De forma geral, chega-se à conclusão que grande parte dos fragmentos florestais estão
expostos aos efeitos da fragmentação em função do tamanho, da forma e dos efeitos de borda.
Ou seja, os fragmentos florestais da bacia hidrográfica do rio Guapi-Macacu não se
encontram conservados, e estão expostos a fatores com propensão a causar ainda mais a
diminuição do tamanho dos fragmentos e resultar na perda da biodiversidade.
Percebe-se também que as métricas da paisagem são ferramentas cruciais para análises
de fragmentação florestal, que são considerados como estudos prévios fundamentais para a
implementação de estratégias de conservação e recuperação da paisagem.
5. Referências Bibliográficas
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