Ciência Florestal Centro de Pesquisas Florestais - CEPEF, Departamento de Ciências Florestais - DCFL, Programa de Pós Graduação em Engenharia Florestal - PPGEF ISSN: 0103-9954 EISSN: 1980-5098 Vol. 21, Num. 1, 2011, pp. 41-52

Ciência Florestal, Vol. 21, No. 1, Jan-Mar, 2011, pp. 41-52

Relação entre NDVI e florística em fragmentos de Floresta Estacional Decidual no Vale do Paranã, Goiás

The relationship between NDVI and floristics in seasonally deciduous forest in the Parana Valley, Goias State, Brazil

Potira Meirelles Hermuche¹ Jeanine Maria Felfili (in memoriam)²

1. Geógrafa, Dr^a., Universidade Federal de Goiás, Campus Samambaia, Bloco ICB4, Caixa Postal 131, CEP 74001-970, Goiânia (GO). potirahermuche@gmail.com
2. † Engenheira florestal, Dr^a., Departamento de Engenharia Florestal,Universidade de Brasília, Laboratório de Manejo Florestal, Caixa Postal 04357, CEP 70919-970, Brasília (DF).

Recebido para publicação em 14/07/2009 e aceito em 9/06/2010.

Code Number: cf11006

RESUMO

O presente trabalho tem como objetivo avaliar a relação entre o índice de vegetação NDVI e o comportamento das espécies dominantes de três fragmentos de Floresta Estacional Decidual localizados no Vale do Paranã, Goiás. Para isso, foram utilizadas imagens do sensor Landsat 7 ETM+ do ano de 2001. O estudo mostrou uma relação entre índice de vegetação NDVI das épocas de chuva e de seca e florística nos três fragmentos estudados. A análise da diferença de cobertura do dossel mostrou que as espécies exclusivas de cada fragmento apresentaram maior influência na resposta espectral do dossel por meio da análise do NDVI do que o total das espécies. O resultado da análise confirmou a classificação dos fragmentos como florestas estacionais deciduais e demonstrou que, mesmo dentro de uma mesma fisionomia, existem pequenas variações fenológicas.

Palavras-chave: Biodiversidade; florestas tropicais; índice de vegetação; Cerrado.

ABSTRACT

The objective of this paper was to evaluate the relationship between NDVI and the patterns of the dominant species in three fragments of seasonally deciduous forest (SDF) in the Parana Valley in Goias State, Brazil. Landsat 7 ETM+ images from the year 2001 were used. The study showed a relation between NDVI and floristic patterns during the dry and rainy seasons for the three fragments studied. Exclusive species showed greater influence in the spectral response measured by NDVI than did the total species. The results confirmed the three fragments as SDF showing that even within the same physiognomy there were small phenological variations.

Keywords: Biodiversity; tropical forests; vegetation index; Cerrado.

INTRODUÇÃO

A vegetação é estudada de acordo com diferentes níveis de abordagem e a categoria de deciduidade de fenologia foliar, que é um dos principais parâmetros para a classificação em nível macro, é, em geral, assumida por avaliação visual. Nesse sentido, Meneses e Madeira Netto (2001) afirmam que o sensoriamento remoto é uma tecnologia que pode dar grandes subsídios a esse tipo de análise por meio da interação da energia eletromagnética com a planta, que está relacionada sobretudo com fatores bioquímicos e biofísicos do dossel, com a diversidade de espécies e com os componentes sazonais, responsáveis por grandes variações na cobertura vegetal (CARVALHO et al., 2007).

De todos os elementos constituintes da vegetação, a folha é o principal quando se considera o processo de interação com a energia eletromagnética, e seu comportamento pode ser observado especialmente em três regiões especificas do espectro: no visível, infravermelho próximo e infravermelho de ondas curtas (MENESES e MADEIRA NETTO, 2001). À medida que se passa da escala da folha para a escala do dossel, a variação espectral diminui, possibilitando a análise da vegetação em escala regional. Partindo desse pressuposto, surgiram os índices de vegetação derivados de imagens de satélites, como o Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), que se apresenta sensível a variações fenológicas do dossel da floresta, realçando suas características físicas (HUETE et al, 2002).

Em alguns casos, a diferenciação entre tipos vegetacionais, ou mesmo dentro de uma mesma fisionomia, torna-se difícil, em especial pela proximidade na resposta espectral. Tal fato é observado em algumas fitofisionomias do Cerrado, como a Floresta Estacional Decidual (FED), que é caracterizada por uma deciduidade acentuada, chegando a 90% quando ocupa áreas rochosas de origem calcária (RIBEIRO e WALTER, 2008). Nesse caso, análises temporais são importantes subsídios na identificação e caracterização das florestas, sobretudo quando se leva em consideração as alterações ao longo do ciclo hidrológico, ou seja, quando as análises são feitas nas épocas secas e chuvosas.

Estudos recentes em fragmentos de FED têm demonstrado, principalmente, a riqueza de espécies (SILVA e SCARIOT, 2004; FELFILI e FAGG, 2007), sua similaridade com demais florestas estacionais tropicais, como a Caatinga e o Pantanal (FELFILI et al, 2007b), além de estudos de regeneração, como os de Vieira e Scariot (2006) e Sampaio et al. (2007). Entre as espécies descritas nos trabalhos citados, muitas delas raras, endêmicas e ameaçadas de extinção por terem alto valor econômico, pode-se encontrar: Cariniana estrellensis (jequitibá), Erythrina verna (mulungu), Hymenaea courbaril (jatobá), Myracrodruon urundeuva (aroeira), Tabebuia impetiginosa (ipê-roxo), Amburana cearencis (cerejeira), Cedrela fissilis (cedro), Bursera leptophloeos (imburana), Cavanillesia arborea (barriguda). Além dessas, são encontradas ainda espécies espinhosas, urticantes e cactáceas.

Mesmo com as iniciativas de pesquisa, é grande a deficiência de informações acerca dessa fitofisionomia, fato observado em trabalhos como o Mapa de Vegetação do IBGE (2004), que classifica as FED localizadas no Vale do Paranã como área de contato. Esse exemplo demonstra a importância de estudos específicos acerca dessa fitofisionomia em maior escala.

O objetivo do trabalho é avaliar a relação entre o índice de vegetação NDVI, das épocas de seca e chuva, e o comportamento das espécies dominantes em três fragmentos de FED localizados no Vale do Paranã, região nordeste de Goiás.

MATERIAL E MÉTODOS

No presente estudo, foram analisados três fragmentos de FED localizados Vale do Paranã, região nordeste de Goiás, nos municípios de Monte Alegre de Goiás (Faz. Cordeirinho), Guarani de Goiás (Faz. Forquilha) e Iaciara (Faz. Sabonete) – Figura 1.

Como base, foram utilizadas duas cenas do sensor LANDSAT 7 ETM+, adquiridas na página eletrônica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE (http://www.dgi.inpe.br/cdsr/), com datas de passagem das épocas seca e chuvosa, conforme Tabela 1. As cenas foram georreferenciadas com base em imagens geocover (imagens ortorretificadas do Landsat ETM+, disponíveis na página eletrônica da NASA – http://www.glcf.umiacs.umd.edu/portal/geocover/), no sistema de projeção UTM (Zona 23 Sul) e referencial geodésico WGS 84, com erro quadrático médio (RMS) inferior a 0,5 pixels.

A definição dos limites dos fragmentos foi feita tomando-se como referência pontos de campo (conduzido nos dias 25 e 26 de outubro de 2008) e observação visual nas imagens de satélite. Dados topográficos do SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), com resolução de 90 metros (NASA, 2008), também foram utilizados como subsídio. Pode-se assumir que a defasagem entre as datas de passagem das imagens e o trabalho de campo não interferiu na delimitação dos fragmentos, pois estes estão situados sobre afloramentos rochosos e topografia acidentada, os quais funcionam como barreiras naturais para o avanço das atividades agropecuárias.

A análise da diferença de cobertura do dossel dos três fragmentos, nas épocas de chuva e de seca, foi feita com base em imagens índice NDVI, derivadas das imagens de satélite originais por meio da razão entre a diferença da medida da reflectância nos canais do infravermelho próximo e vermelho e a soma desses, expresso pela seguinte equação (HUETE et al., 2002):

NDVI=(NIR-vermelho)/(NIR+ vermelho)

Em que: NIR = infravermelho próximo

As estatísticas dos valores de NDVI de cada fragmento foram calculadas no software ENVI 4.3, utilizando-se os limites anteriormente definidos como regiões de interesse para o cálculo.

Após a diferenciação dos três fragmentos partindo de imagens-índice, foram utilizados dados florísticos de 75 parcelas permanentes (25 em cada fragmento), inventariados no âmbito do projeto “Estratégias para conservação e manejo da biodiversidade em fragmentos de Florestas Semidecíduas” por pesquisadores da Universidade de Brasília por meio de financiamento do MMA – PROBIO. O método utilizado para o levantamento foi baseado em amostragem de faixas de 20m de largura perpendiculares ao gradiente longitudinal, subdivididas em parcelas de 20×20m (400m²), das quais foram sorteadas aleatoriamente 25 parcelas em cada fragmento, totalizando um hectare em cada fragmento. Em cada unidade amostral, foram mensurados os valores de circunferência na altura do peito (CAP) e altura total, além da identificação das espécies em campo ao longo de excursões realizadas nas estações seca e chuvosa. Os principais parâmetros avaliados foram o número de espécies, número de gêneros, diversidade (índice de Shannon), número de famílias e densidade (indivíduos por hectare) (NASCIMENTO et al., 2004; NASCIMENTO, 2005; FELFILI et al., 2007a).

Os dados do levantamento florístico foram acrescidos das características de fenologia foliar de cada espécie no que diz respeito à deciduidade, baseado em Lorenzi (1998; 2000) e Carvalho (2003; 2006). O objetivo dessa análise foi o entendimento do comportamento espectral do dossel em função das características das espécies encontradas nos fragmentos.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Após a definição dos limites dos três fragmentos estudados, a análise do dossel por meio de imagens índice NDVI proporcionou a identificação de diferenças na cobertura vegetal entre os fragmentos, nas estações seca e chuvosa. Quanto mais próximo à cor branca, mais fotossinteticamente ativa é a vegetação (Figura 2).

A análise das estatísticas dos valores de NDVI de cada fragmento (Figura 3 , Figura 4, Figura 5) mostrou que o fragmento da Faz. Cordeirinho apresenta o maior valor de NDVI na época seca, podendo-se inferir que este possui maior quantidade de vegetação verde e/ou maior cobertura do dossel na época seca. Em seguida encontra-se o fragmento da Faz. Sabonete e, por último, a Faz. Forquilha.

Em relação à época chuvosa, o fragmento que apresenta maior valor médio de NDVI é o da Faz. Sabonete, podendo-se inferir que este possui a maior quantidade de vegetação verde e/ou maior cobertura dossel nesta época. Em segundo lugar está o fragmento da Faz. Cordeirinho e, por último, o da Faz. Forquilha.

Em resumo, uma análise dos valores de NDVI médio de cada fragmento nas épocas seca e chuvosa indica que o fragmento que apresenta menor índice de vegetação médio, tanto na seca como na chuva, é o localizado na Faz. Forquilha. (Figura 6). Esses valores corroboram com o que foi visto em campo, onde, na mesma época visitada, os três fragmentos apresentaram-se distintos no que diz respeito à fenologia foliar.

Os dados florísticos de cada fragmento ( Tabela 2a, 2b, 2c) indicaram a presença de quarenta espécies no fragmento da Faz. Sabonete, 55 no fragmento da Faz. Forquilha e 51 espécies no fragmento da Faz. Cordeirinho. O fragmento localizado na Faz. Forquilha apresentou os maiores valores de índice de diversidade (3,2, contra 2,8 para a Faz. Sabonete e 3,0 para a Faz. Cordeirinho), gênero (42, contra 31 para a Faz. Sabonete e 41 para a Faz. Cordeirinho) e família (23, contra 22 para a Faz. Sabonete e 21 para a Faz. Cordeirinho).

O fragmento da Faz. Forquilha apresentou 19 espécies exclusivas, enquanto os da Faz. Cordeirinho e Sabonete apresentaram 16 e quatro espécies exclusivas respectivamente. As espécies exclusivas identificadas na Faz. Forquilha foram: Schinopsis brasiliensis Engl.; Cardiopetalum calophyllum Schtdl; Sciadodendron excelsum Grisseb; Commiphora sp.; Maytenus sp.; Cnidoscolus vitifolius (Miller) Pohl; Sapium glandulatum (Vell.) Pax; Senna spectabilis (Shrad.) Irwin & Barneby; Amburana cearensis (Fr. Allem.) A. A. Smith; Diptychandra aurantiaca Tul.; Machaerium aculeatum Raddi; Machaerium opacum Vogel; Cedrella fissilis Vell.; Trichilia catigua A Juss; Trichilia hirta L.; Indet. (1sp.); Ficus pertusa L.; Eugenia dysenterica DC; Simarouba amara Aubl. As identificadas na Faz. Cordeirinho foram: Aspidosperma sp.; Eriotheca gracilipes (K. Schum) A. Robyns; Casearia grandiflora Camb.; Anadenanthera colubrina (Vell.) Brenan var. cebil (Griseb.) Altschul; Anadenanthera peregrina (Benth.) Reiss var. falcata; Chloroleucon tenuiflorum Benth.; Samanea tubulosa (Benth.) Barneby & J.W. Grimes; Swartzia multijuga Vog.; Maclura tinctoria L.D. Don ex Steud.; Campomanesia xanthocarpa Berg.; Psidium sartorianum (Berg.) Nied.; Guapira paraguayensis (Heimerl) Lundell; Triplaris garderiana Wedd.; Alibertia macrophylla K. Schum.; Zanthoxylum riedelianum Engl.; Talisia esculenta (A. St.-Hil.) Radlk. As identificadas na Faz. Sabonete foram: Jacaranda sp.; Casearia rupestris Eichler; Machaerium sp.; Micropholis venulosa (Mart. & Eichl.) Pierre.

Baseado nos dados de florística, a distribuição das espécies conforme a fenologia foliar mostra que, no que diz respeito ao total das espécies, os três fragmentos possuem aproximadamente a mesma porcentagem (Tabela 3). Quando a análise é feita apenas em relação às espécies exclusivas, o fragmento da Faz. Sabonete possui 7,9% das espécies que o compõem exclusivas, a Faz. Forquilha 35,8% e a Faz. Cordeirinho 33,3%, indicando que além de diferenças na porcentagem de espécies exclusivas, também existe variação no que diz respeito à fenologia foliar dessas espécies exclusivas em cada fragmento, como mostra a Tabela 4.

A observação conjunta dos dados de NDVI e espécies totais (Figura 7) e NDVI e espécies exclusivas (Figura 8) nos três fragmentos estudados mostra que a fenologia foliar e número de espécies exclusivas em cada fragmento tem grande influência na resposta espectral do dossel quando analisado por meio do índice de vegetação NDVI.

No que diz respeito às espécies exclusivas, no fragmento da Faz. Sabonete, o alto valor de NDVI na época chuvosa pode ser explicado pelo grande número de espécies semidecíduas, as quais não perdem totalmente suas folhas durante a estação seca. No fragmento da Faz. Forquilha, os valores de NDVI, tanto da seca quanto da chuva, são os menores, o que pode ser explicado pela grande quantidade de espécies decíduas (o maior número dessas espécies pertencem a esse fragmento). No fragmento da Faz. Cordeirinho, apesar da grande quantidade de espécies decíduas, as espécies perenifólias fazem com que o NDVI na época da seca seja alto.

O fragmento que apresentou os menores valores de NDVI tanto na seca quanto na chuva foi o que possuía os maiores valores de diversidade, número de gêneros e famílias (Faz. Forquilha). Essa relação está de acordo com o trabalho realizado por Oindo e Skidmore (2002) que avaliaram a relação entre a variabilidade do NDVI e a riqueza de espécies da flora no Quênia (composta sobretudopela savana africana).

Uma outra indicação que pode ser deduzida é que a produtividade da floresta e a diversidade de mamíferos, herbívoros e pássaros é mais alta na Faz. Cordeirinho. De acordo com Hurlbert e Haskel (2003), Bailey et al. (2004) e Pettorelli et al. (2005), a diversidade ecológica e produtividade da floresta estão diretamente associadas com o incremento nos valores de NDVI.

Tais afirmações, além da comprovação da influência das espécies exclusivas no valor de NDVI, poderão ser comprovadas, inclusive estatisticamente, quando houver disponibilidade de imagens multitemporais e com resolução espacial centimétrica. Com essas imagens, será possível conduzir estudos em nível de parcela, envolvendo análises espectrais de cada indivíduo.

CONCLUSÃO

Os resultados do estudo mostraram uma boa relação entre o índice de vegetação NDVI derivado de imagens Landsat 7 ETM+, das épocas de chuva e de seca, e florística dos três fragmentos estudados. Estes confirmam a classificação dessas florestas como estacionais deciduais e demonstram que, mesmo dentro de uma mesma fisionomia, existem variações fenológicas.

Aparentemente a fenologia das espécies exclusivas determina a variação nos valores de NDVI, sendo que as espécies exclusivas de cada fragmento apresentaram maior interferência na resposta espectral do dossel do que o total das espécies.

Estudos futuros podem incluir análises multitemporais em variados anos, além do número de indivíduos em cada parcela, para uma análise mais detalhada da relação entre NDVI e as características fenológicas das espécies que compõem os fragmentos.

Como o NDVI está diretamente relacionado com a produtividade da vegetação, existem várias possibilidades de aplicação em propostas ecológicas, uma vez que o índice permite derivar informações sobre a distribuição temporal e espacial de comunidades, biomassa, fluxo de CO₂ e até mesmo degradação. A relação entre variabilidade na composição de espécies e NDVI possibilita ainda o uso desse índice para monitorar quaisquer alterações antrópicas ou naturais na dinâmica da composição e distribuição das espécies nos fragmentos de FED.

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