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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2014.tde-06012015-111535
Documento
Autor
Nome completo
Paulo Guilherme Molin
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2014
Orientador
Banca examinadora
Ferraz, Sílvio Frosini de Barros (Presidente)
Mingoti, Rafael
Brancalion, Pedro Henrique Santin
Folegatti, Marcos Vinicius
Valente, Roberta de Oliveira Averna
Título em inglês
Dynamic modeling of native vegetation in the Piracicaba River basin and its effects on ecosystem services
Palavras-chave em inglês
Atlantic Forest
Forest transition
Hydrological model
Landscape model
Spatial drivers
Resumo em inglês
Studies from the Forestry Institute of São Paulo State have shown that in the end of the 20th century, the native forest cover of the state of SP reached the maximum level of forest loss. From that point on, a period of forest increase and expansion started. Industrialization, law enforcement, economic benefits, and social pressure experienced in recent years are believed to be contributing to the preservation and regrowth of the native vegetation cover in certain locations. This study proposed to model the dynamics of native vegetation cover in the Piracicaba River basin (12,500 km²) in the state of São Paulo, Brazil, to evaluate possible effects of these changes in ecosystem services related to river flow & regulation and landscape structure, linking to biodiversity & habitat supported by forest patches. To achieve the proposal set out in this research, dynamic models of native vegetation were established. Thematic land cover maps of the years 1990, 2000 and 2010, originated from Landsat 5 TM images, formed the spatiotemporal basis of this study. With the aid of Dinamica EGO (a dynamic modeling software), three future scenarios were created, called status quo (SQ), no deforestation (ND) and riparian restoration enforcement (RRE). An analysis using weights of evidence was done to identify forest transition drivers. The drivers are divided into two groups, (1) environmental & physical, consisting of soil types, hydrographic network, rainfall and presence of native forest fragments and (2) anthropic, consisting of population density, gross national product, road network, urban patches and predominant rural activities. Resulting scenarios were analyzed by means of landscape metrics to compare and qualify vegetation patches in relation to structure as proxy for supporting ecosystem services. Finally, Soil & Water Assessment Tool (SWAT), a hydrological model, was used to determine the influence of different forest scenarios in mean annual water yield and regulation processes throughout the basin, and, therefore, compare scenarios as to effects on regulating ecosystem services. Results show that forest transition is indeed occurring, with native vegetation cover parting from 24.4% in 1990, to 20.1% in 2000 and 21.8% in 2010. Scenario results were of 22.4% (SQ), 43.2% (ND) and 28.4% (RRE) for 2050. Forest loss was identified as a product of anthropogenic drivers while regrowth was of physical & environmental drivers. When the area was segmented, regions with greater environmental condition resulted in improved values of landscape structure. SQ scenario was the most affected, losing small patches of forest that could function as structural connectors, and therefore potentially affect biodiversity and habitat. Mean annual water yield was reduced with forest regrowth by as much as 10.3% in ND. We concluded that the dynamics occurring in the landscape and the proposed scenarios affect mean annual water yield, regulation and landscape structure, allowing us to discuss differences between the scenarios and the relation between forest dynamics, landscape structure, hydrology and overtime potential effects over regulating and supporting ecosystem services.
Título em português
Modelagem da dinâmica de vegetação nativa na bacia do Rio Piracicaba e seus efeitos na oferta de serviços ecossistêmicos
Palavras-chave em português
Determinantes espaciais
Mata Atlântica
Modelagem da paisagem
Modelagem hidrológica
Transição florestal
Resumo em português
Levantamentos do Instituto Florestal de São Paulo têm mostrado que no final do século XX a cobertura florestal nativa total do estado atingiu um patamar de perda e que se iniciou então um período de expansão. Rigidez de leis, fiscalização, benefícios econômicos, além de pressão social demonstrados nos últimos anos têm contribuído para essa expansão da vegetação nativa em certos locais. Este estudo propôs modelar a dinâmica da cobertura florestal nativa na bacia do Rio Piracicaba (12.500 km2), localizada no Estado de São Paulo, para averiguar os possíveis efeitos dessas mudanças nos serviços ecossistêmicos ligados à vazão e regulação de rios, além da própria estrutura da paisagem simulada, interligando-se com biodiversidade e habitat, promovidos pelos remanescentes florestais. Para atingir a proposta estabelecida nesta pesquisa, modelos de dinâmica da vegetação nativa foram desenvolvidos. Foram utilizados mapas temáticos de cobertura e uso do solo dos anos 1990, 2000 e 2010 originados a partir de imagens Landsat 5 TM. Com auxílio do software Dinamica EGO, especializado em modelagem da paisagem, criaram-se três modelos espaciais e temporais da dinâmica florestal, levando em consideração os cenários status quo (SQ), no deforestation (ND) e riparian restoration enforcement (RRE). Uma análise usando pesos de evidência foi utilizada para identificar as variáveis de transição florestal. As variáveis foram divididas em dois grupos, (1) físicas e ambientais, consistindo de tipos de solo, rede de drenagem, pluviosidade e presença de fragmentos florestais e (2) antrópicos, consistindo de densidade populacional, produto interno bruto, rede viária, zonas urbanas e predominância de atividade rural. Os cenários resultantes foram analisados por métricas de paisagem para fim de comparação e qualificação dos fragmentos em relação a sua estrutura, interligando-se aos serviços ecossistêmicos de suporte. Por último, foi realizada uma modelagem hidrológica usando o modelo Soil & Water Assessment Tool (SWAT) para averiguar a influência da mudança florestal na regulação de vazão de rios e portanto comparar os cenários em relação aos seus efeitos sobre serviços ecossistêmicos de regulação interligados à água. Resultados mostraram que transição florestal ocorreu, passando a cobertura florestal de 24,4% em 1990 para 20,1% em 2000 e então 21,8% em 2010. Cenários resultaram em uma cobertura florestal de 22,4% (SQ), 43,2% (LE) e 28,4% (RRE) para o ano de 2050. A perda de floresta foi identificada como produto de variáveis de natureza antrópica enquanto o ganho florestal foi de variáveis físicas e ambientais. Regiões com melhores condições ambientais resultaram em melhores valores de estrutura da paisagem. SQ foi afetado principalmente pela perda de pequenos fragmentos florestais que funcionam como conectores estruturais da paisagem, potencialmente afetando a biodiversidade e habitat. O deflúvio médio anual foi reduzido em até 10,3% com o incremento florestal observado em ND. Conclui-se que a cobertura florestal na paisagem e os cenários propostos afetam o deflúvio, regulação e a estrutura da paisagem, nos permitindo discutir nas diferenças entre cada cenário e a relação entre dinâmica florestal, estrutura da paisagem, hidrologia e potenciais efeitos nos serviços ecossistêmicos de suporte e regulação.
 
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Data de Publicação
2015-01-09
 
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