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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2008.tde-17112008-100855
Document
Author
Full name
Eduardo da Silva Pinheiro
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2008
Supervisor
Committee
Durigan, Giselda (President)
Espindola, Evaldo Luiz Gaeta
Monteiro, Reinaldo
Rennó, Camilo Daleles
Santos, João Roberto dos
Title in Portuguese
Análises ecológicas e sensoriamento remoto aplicados à estimativa de fitomassa de cerrado na Estação Ecológica de Assis, SP
Keywords in Portuguese
Cerrado
Composição florística e estrutural
Dinâmica da vegetação
Estoque de carbono
Fitomassa
Imagens de satélite
Abstract in Portuguese
Ainda que o conhecimento sobre a flora e a ecologia do cerrado tenha sido consideravelmente ampliado nas últimas décadas, persistem dificuldades relacionadas com a caracterização estrutural das fitofisionomias e pouco se sabe sobre as transformações fisionômicas que ocorrem nesta vegetação ao longo do tempo em áreas protegidas. Adicionalmente, mediante as mudanças climáticas, surgiu a demanda de quantificação de fitomassa e estoque de carbono em formações vegetais, entre os quais o cerrado. Os objetivos deste estudo foram: a) verificar se a classificação fisionômica de três fisionomias de cerrado reflete diferenças florísticas e estruturais; b) caracterizar a dinâmica espaço-temporal das fisionomias de cerrado; c) quantificar a fitomassa dessa vegetação e sua contribuição para estoque de carbono; d) avaliar a aplicabilidade de dados de sensoriamento remoto para estimar a fitomassa do cerrado. A pesquisa foi desenvolvida na Estação Ecológica de Assis (EEcA) localizada no estado de São Paulo. O cerrado típico, cerrado denso e cerradão foram caracterizados florística e estruturalmente e comparados para verificar se podem ser considerados distintos. Foram alocadas 30 parcelas de 20 x 50 m, sendo 10 parcelas para cada um dos tipos fisionômicos. Os indivíduos de espécies lenhosas com DAP '> OU =' 5 cm foram identificados e medidos. As fisionomias mostraram-se estruturalmente distintas, em classes de densidade, área basal e altura média das árvores e o melhor descritor para classificá-las, por ser pouco variável com o critério de inclusão, é a área basal ('M POT.2'/ha). Floristicamente, há diferenças apenas entre o cerradão e as fisionomias savânicas. Analisou-se a dinâmica espaço-temporal das fisionomias de cerrado, ao longo de 44 anos, com base em aerofotos (1962, 1984 e 1994) e imagens QuickBird (2006). Após a criação da unidade de conservação e devido à suspensão das atividades antrópicas (fogo e agropecuária), tem ocorrido um adensamento da vegetação, em que áreas de campo foram ocupadas por fisionomias de maior fitomassa, o cerradão correspondendo, em 2006, 91,43% da EEcA. Analisou-se, em particular, a oscilação na área ocupada por uma espécie invasora de samambaia (Pteridium arachnoideum). As imagens de 1994 e 2006 mostram que espécies arbóreas estão aumentando em densidade e cobertura em meio às manchas de samambaias e, em campo, constatou-se que a fitomassa das samambaias está diminuindo consideravelmente sob as copas das árvores. A fitomassa do cerrado stricto sensu e cerradão da EEcA foi estimada por meio de equações alométricas. Utilizaram-se parcelas de 20 x 40 m, sendo 20 parcelas para cada fitofisionomia. Utilizou-se regressão robusta com reamostragem Bootstrap para explorar as relações entre a fitomassa aérea do cerrado e as imagens do QuickBird e TM/Landsat, índices espectrais de vegetação (IV), componentes principais (CP), modelo linear de mistura espectral (MLME). Na EEcA, os valores médios de fitomassa aérea (23,22 Mg/ha) e total (28,88 Mg/ha) do cerrado stricto sensu foram próximos aos descritos na literatura para o cerrado do Brasil Central e os valores médios de fitomassa aérea (98,18 Mg/ha) e total (118,36 Mg/ha) do cerradão aproximaramse aos descritos para florestas estacionais. As bandas espectrais dos sensores QuickBird e TM apresentaram correlações fracas a moderadas com a fitomassa aérea de cerrado. As transformações espectrais (IV e CP) melhoram, em geral, a predição da fitomassa aérea de cerrado, contudo as correlações se mantiveram entre fracas e moderadas.
Title in English
Ecological and remote sensing analyses applied to estimate the cerrado phytomass in the Assis Ecological Station, São Paulo state, Brazil
Keywords in English
Brazilian savana
Carbon storage
Floristc composition
Phytomass
Satellite images
Structure
Vegetation dynamics
Abstract in English
Even though knowledge on the ecology and flora of cerrado vegetation has considerably improved in recent years, gaps are still remaining on structural differentiation of the cerrado physiognomies and few is known about cerrado vegetation dynamics after protection from human pressure. In addition, before the climate changes, phytomass and carbon storage quantification has been a new challenge for different vegetation types, including the cerrado physiognomies. The present study was carried out with the aim of a) to characterize three cerrado physiognomies to verify if they are structurally and floristically distinct; b) to analyze the vegetation dynamics in time and space, to verify if the vegetation is undergoing a sucessional process, whose structural climax will be a forest physiognomy; c) to quantify phytomass in different physiognomies and their contribution to carbon stock; and d) to assess the application of remote sensing techniques to estimate the cerrado phytomass in large scale. This study was carried out at Assis Ecological Station (EEcA), located in the southwestern São Paulo state, Brazil. This protected area preserves one of the few brazilian cerrado (savanna) biome remnants in the State. Three distinct physiognomic types of cerrado (typical cerrado, dense cerrado and woodland cerrado) were floristically and structurally characterized and submitted to comparative analyses to verify if they can, or not, be considered as separate vegetation types within the cerrado gradient. Thirty permanent plots (20 x 50 m each) were set, ten in every cerrado type, and all woody individuals with DBH '> OR =' 5 cm were measured and identified. The three types of cerrado under comparison are structurally distinct in terms of density, medium height and basal area ('M POT.2/ha), the last being considered as the best and more precise descriptor to classify the physiognomies of the cerrado vegetation. The woodland cerrado is also distinct by its flora, but the two open physiognomies (dense cerrado and cerrado stricto sensu) are floristically very similar. The dynamics of the vegetation types along 44 years in the studied area was analyzed by using aerial photographs (1962, 1984 and 1994) and QuickBird images (2006). After protection from human pressures (fire and agriculture), the woody vegetation density and phytomass has continuously increased, with open physiognomies tending to disappear and woodland cerrado replacing them. Surprisingly, the area covered by the invasive fern Pteridium arachnoideum has also decreased, replaced by sparse or clustered trees. The cerrado phytomass was estimated by allometric equations. Forty plots (20 x 40 m each) were used, twenty in every cerrado type - cerrado stricto sensu and woodland cerrado. Robust Regression and Bootstrap methods were used to explore relationships between aboveground cerrado phytomass and remote sensing data of QuickBird and Landsat Thematic Mapper (TM) sensors (spectral bands, vegetation index - VI, principal components - PC, linear spectral mixture model LSMM). Valors of medium phytomass obtained for the cerrado stricto sensu at Assis Ecological Station were close to those described in the literature for Central Brazilian cerrado. The valors of medium phytomass of the woodland cerrado were close to those described for seasonal forests. Spectral bands of QuickBird and TM sensors presented weak to moderate correlations with the aboveground cerrado phytomass. In general, spectral transformations (VI and PC) improved the prediction of the cerrado phytomass, however the correlation remained from weak to moderate.
 
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Publishing Date
2008-11-19
 
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