A cobertura florestal da Bacia do Rio Itajaí: elementos para uma análise histórica

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Filosofia e Ciências Humanas. Programa de Pós-Graduação em GeografiaO problema das enchentes e a ausência de informações quantitativas sobre as florestas da região motivaram este estudo sobre a dinâmica da cobertura florestal da bacia hidrográfica do Rio Itajaí em Santa Catarina. Cheias são eventos naturais e seus efeitos são fortemente influenciados pela forma e intensidade do uso do solo. Dados quantitativos da cobertura do solo são necessários para a modelagem hidrológica e a previsão e controle de cheias. O estudo se propôs a analisar documentos históricos para elucidar a história da cobertura florestal na primeira metade do século XX e usar recursos de sensoriamento remoto para examinar a dinâmica do uso do solo na segunda metade do século. Foram utilizados, para tanto, a interpretação de fotografias aéreas de 1956 e 1979 e o processamento digital de uma série de imagens dos satélites Landsat-5 TM e Landsat-7 ETM+ de 1985 a 2002. Após a colonização incipiente da bacia do Itajaí por imigrantes europeus entre 1850 e o final do século XIX, a bacia assiste, nas primeiras décadas do século XX, à rápida expansão da fronteira agrícola e à ocupação quase total das terras disponíveis ainda na primeira metade do século. Os dados de sensoriamento remoto mostraram um recuo da área ocupada pela agricultura que inicia em algumas partes da bacia em função da crescente industrialização dos centros urbanos por volta de 1950, em outras somente nas décadas de 80 e 90. Nas imagens Landsat é possível distinguir as fases sucessionais da vegetação que se desenvolve nas áreas abandonadas pela agricultura: a fase inicial (capoeirinhas), a fase avançada (capoeirão e florestas secundárias) e, com restrições, a fase intermediária (capoeira). Não foi possível, no entanto, a separação de florestas secundárias e primárias. Em 2000, 22% da área da bacia são cobertos por lavouras e pastagens, 1,2% por arrozeiras, 2,6% por áreas urbanas, enquanto que 54% são cobertos por florestas secundárias e primárias, 12% por capoeiras, 1% por capoeirinhas e 2 % por reflorestamentos. O aumento da cobertura florestal ficou evidente no período entre 1986 e 2000 em quase todas as partes da bacia e ocorre num ritmo que supera 1% ao ano. Este processo foi causado por um conjunto de fatores que levaram a uma forte redução da população rural que em 2000 alcançou os níveis de 1940. Embora se trate de formações secundárias como capoeirinhas e capoeiras, do início da sucessão e com baixa complexidade estrutural, a cobertura arbórea permanente dessas áreas influenciará positivamente o regime hídrico da bacia. O esvaziamento constante do espaço rural, além de seus efeitos positivos relacionados à recuperação da cobertura florestal, evidencia graves problemas sociais e econômicos da população. Estes precisam ser enfrentados por uma política regional consistente que vise à recuperação da capacidade produtiva do espaço rural baseada no uso cuidadoso e não predatório dos recursos naturais e apoiada em recursos gerados na própria bacia

Recrutamento supera a mortalidade em floresta subtropical secundária após colheita de madeira convencional

Studies on the dynamics of managed forests are essential for planning and executing management strategies. Timber harvesting can modify recruitment rates, mortality, gain and loss of basal area of the remaining stand. In secondary forests, especially in the Atlantic Forest, these studies are still scarce. Our study hypothesis is that the management intervention stimulates the growth of the remaining trees, overcoming the reduction of the growth of the damaged trees and the harvest mortality. We investigated the dynamics of the remaining trees and recruits (in number of individuals and basal area), with DBH ≥ 5 cm, by ecological group of the species, and the damage to the remaining adult individuals. We measured eleven permanent plots with 1.600m² each, before and four years after being harvested in a secondary forest in southern Brazil. We found that the different harvesting intensities significantly influence the forest dynamics, special the annual recruitment rates, while basal area gain/loss showed a weaker relationship to logging intensity. However, the mortality rates are similar in control plots and managed plots. We also observed that in the managed plots, the recruitment rate (5.3 ± 1.9% year-¹) exceeded mortality (2.3 ± 1.2% year-¹). Among ecological groups, we found less recruitment of climax species than of secondary species. In general, the proportion of damage of remaining trees decreased over time. We conclude that the management has modified the forest dynamics, indicating that planning, including adequate cutting limits and low impact harvesting methods are essential for achieving the sustainability of forest management.Estudos de dinâmica de florestas manejadas são fundamentais para planejamento e execução de estratégias de condução das florestas. As intervenções de colheita madeireira podem modificar taxas de recrutamento, mortalidade, ganho e perda de área basal da floresta remanescente. Em florestas secundárias, especialmente na Mata Atlântica, estes estudos ainda são escassos. Nossa hipótese de pesquisa é que a intervenção de manejo estimule o crescimento das árvores remanescentes, superando a redução do crescimento das árvores danificadas e mortalidade da colheita. Nós investigamos a dinâmica das árvores remanescentes e dos recrutas (em número de indivíduos e área basal), com DAP ≥ 5 cm, por grupo ecológico da espécie, e os danos nos indivíduos adultos remanescentes. Medimos onze parcelas permanentes, com área de 1600 m², antes e quatro anos após a colheita de madeira em uma floresta secundária no sul do Brasil. Verificamos que as diferentes intensidades de colheita influenciam significativamente a dinâmica da floresta, especialmente as taxas de recrutamento anual, enquanto perda e ganho de área basal apresentaram uma relação mais fraca com a intensidade de corte; as taxas de mortalidade, no entanto, são semelhantes em parcelas de controle e parcelas manejadas. Também observamos que nas parcelas manejadas a taxa de recrutamento (5.3 ± 1.9 % /ano) superou a mortalidade (2.3 ± 1.2 % / ano). Entre os grupos ecológicos, encontramos menos recrutamento de espécies clímax do que de espécies secundárias. Em geral, a proporção de danos às árvores remanescentes diminuiu com o tempo. Concluímos que o manejo modificou a dinâmica florestal, indicando que o planejamento, incluindo limites de corte adequados e métodos de colheita de baixo impacto são essenciais para o alcance de um manejo florestal sustentável

BACKDATING OF INVARIANT PIXELS: COMPARISON OF ALGORITHMS FOR LAND USE AND LAND COVER CHANGE (LUCC) DETECTION IN THE SUBTROPICAL BRAZILIAN ATLANTIC FOREST

A challenge for the use of medium spatial resolution imagery for land use change detection consists of the reduced availability of ground reference data for previous dates. This study aims to obtain invariant training points using the backdating process for supervised classification of images that have no field data available. The study area comprises 1,353 km² in Santa Catarina, southern Brazil. We compared the accuracy performance of invariant area sets (binary change maps) generated by using three methods (IR-MAD - Iteratively Reweighted Multivariate Alteration Detection, CVA - Change Vector Analysis and SGD - Spectral Gradient Difference) for two periods (2017- 2011 and 2011-2006). The classification of the Landsat-5 TM image of 2006 was performed using as training data the sets of points indicated as invariant in the binary maps resulted from the three abovementioned methods. The accuracies for seven land-use classes were computed. The overall accuracy was greater (80,5% and 80,2%) when using training areas achieved by CVA and SGD, respectively than IR-MAD (76%). Were obtained accuracies greater than 80% for the forest class. The results stress that the combination of the IR-MAD and SGD is preferable since the CVA is more time consuming due to the subjective application of thresholds

Espaço rural: de espaço de vida a produto de consumo urbano? Observações sobre a bacia do Itajaí

European immigrants began colonization of Itajaí river basin, in southern brazilian Santa Catarina state, in 1850. In the first half of the twentieth century a rapid expansion of agriculture leads to occupation of almost all usable land. From 1950 on industrialization leads to rural exodus and decline of agriculture land use. Forest regrowth established on abandoned land. Drastic rural population decrease goes hand in hand with deep functional transformation of rural space

The last giant Araucaria trees in southern Brazil

Araucaria angustifolia (Bertol.) Kuntze is a native tree species of major importance in southern Brazil. It is a regional symbol due to its iconic shape and stature in the landscape; its wood was once economically important and its seeds are an important source of food for the fauna and are presently used in regional cuisine. Despite its importance and apparent abundance, the species is facing extinction mainly as a result of unregulated exploitation and deforestation. This study catalogued the remaining individuals in order to add to the body of knowledge available on A. angustifolia, a species that has become rare across its historic range. The circumference at breast height (1.30 m), the total height, and the tree volume were measured (3,529 araucarias). We catalogued trees with a large diameter measuring them in loco over three years involving a journey of more than 6,800 km. The volumes of these old trees are very large, ranging from 38.2 m3 to 106.6 m3. The largest A. angustifolia individual is located in the state of Santa Catarina and measures 3.25 m in diameter. The giant araucarias with > 2.00 m in diameter are rare and only 13 individuals could be found in southern Brazil; a priority action at the governmental level is to recognize and preserve these monumental trees and together with a need for a public policy of drawing up specific inventories of large trees

Inventário de vegetação em estágio inicial de sucessão na Floresta Ombrófila Densa no Vale do Itajaí, Santa Catarina

Abstract: Different areas with vegetation in early stage of secondary succession in the Atlantic Rain Forest (Vale do Itajaí, Santa Catarina) were inventoried. The most abundant species and species diversity were evaluated for each sample plot. Structural parameters were calculated: density (N ha-1), basal area (BAha-1), diameter at breast height (DBH) and total height (Ht). In 0.96 ha of sampled area were registered 62 species with DBH ≥ 3cm. Myrsine coriacea, Cyathea atrovirens, Tibouchina urvilleana and Miconia cinammomifolia were the most abundant. Basal area and density presented greater variability among sample plots, although the DBH and Ht presented lower variability.Resumo: Diferentes áreas com vegetação em estágio inicial de sucessão na Floresta Ombrófila Densa no Vale do Itajaí, em Santa Catarina, foram inventariadas. As espécies mais abundantes e a diversidade de espécies nas Unidades Amostrais (UA) foram avaliadas. Parâmetros estruturais foram estimados, como número de indivíduos (N.ha-1), área basal (AB.ha-1), diâmetro médio à altura do peito (DAP) e altura total média (Ht). Foram encontradas 62 espécies (DAP ≥ 3cm) em 0,96ha de área amostrada. Espécies mais abundantes foram: Myrsine coriacea, Cyathea atrovirens, Tibouchina urvilleanae, Miconia cinammomifolia. O número de indivíduos e a área basal variaram entre as UAs, mas o DAP e a Ht mostraram-se similares.

Multi-year, post-harvesting impact assessment in a neotropical secondary Atlantic Forest

Subject to overexploitation in the past centuries, the Atlantic Forest is subject to very rigorous protection rules. However, the law is a controversial issue since landowners are not compensated for the limited choice of land use possibilities. We believe that, alternatively to a general timber harvest ban, sustainable forest management of the Atlantic Forest has the potential to generate income for the landowners while sustaining important ecological functions of the forest. Such choice would require better understanding of the potential effects of timber harvesting on the forest ecosystem and on species composition and succession over time. In this context, we assessed the harvesting impact of a conventional harvesting method (CM) and compared it to an alternative harvesting method (AM) in three different stands (stands A, B and C) of a secondary forest fragment in southern Brazil. Results from three comprehensive forest inventories over a period of two years were used to assess the timber harvesting impact. Measurements of species composition (i.e., number of species, life form, ecological group), forest structure (i.e., density, basal area, DBH, volume) and saplings density formed the basis of the impact assessment. The inventories were carried out before, immediately after and two years after harvesting. Intensities of damage on remnant trees immediately after harvesting and two years after harvesting were also measured. Before harvesting, a total of 114 tree species (trees, tree fern and palm tree) belonging to 49 families were identified in the study site’s three research stands. Palm trees and secondary species, such as Euterpe edulis, represented the majority of recruited individuals (DBH ≥ 5 cm) two years after harvesting. However, new saplings (DBH ≤ 5 cm) after two years were mainly pioneer woody tree species, such as Cecropia glaziovii and Schizolobium parahyba. On average, AM reduced damage to saplings by 5%. Most of the damages caused by CM were moderate to severe, while AM caused light to moderate damages. Binary logistic regression indicated dependency of the mortality rates on the independent variables “stand, stem and leaning damages.” On the other hand, the recovery rates of damaged trees were dependent on crown, stem and leaning damages. Therefore, two years after harvesting a higher mortality rate of low-dimensional trees was observed in stands with high density of smaller trees and high density of improvement felling. Although crown damages were not related to mortality rates, high intensity of crown damages reduced recovery rates over time.publishedVersio

Insights from a large-scale inventory in the southern Brazilian Atlantic Forest

A key issue in large-area inventories is defining a suitable sampling design and the effort required to obtain reliable estimates of species richness and forest attributes, especially in species-diverse forests. To address this issue, data from 418 systematically distributed 0.4 ha plots were collected. Estimators of nonparametric species richness were employed to assess the floristic representativeness of data collected in three forest types in the Brazilian Atlantic Forest. The sampling sufficiency of forest attributes was evaluated as a function of sample size. Altogether, 831 tree/shrub species were recorded. The data acquired through the systematic sampling design were representative of both species richness and basal area. The confidence intervals’ length would not substantially decrease by using more than 70 % of the reference sample (n = 364), thereby reaching a length of ~5 % of the sample mean. Nevertheless, reliable estimates of species richness for diverse forests demand a thorough sampling approach far more exacting so as to achieve acceptable population estimates of forest attributes. Though the study area is regarded as a biodiversity hotspot, the forest stands showed diminished species richness, basal area, stem volume and biomass when compared to old-growth stands. As regards species richness, the data provided evidence of contrasting great γ-diversity (at the forest type level) and small α-diversity (at the forest stand level). Amongst anthropic impacts, illegal logging and extensive cattle grazing within stands are undoubtedly key factors that threaten forest conservation in the study area

STRUCTURAL VARIATION OF SEASONAL DECIDUOUS FOREST IN SANTA CATARINA STATE AND ITS RELATIONSHIP WITH ALTITUDE AND CLIMATE

This study aims to identify structural similarities between the remnants of seasonal deciduous forest (SDF) in Santa Catarina state and check the influence of environmental factors that leads the formation of these groups. Associated with this primary objective, it was also sought to identify the areas of contact between this forest type and Araucaria forest (mixed ombrophilous forest \u2013 MOF). We analyzed data from 78 sample units (AU) installed in the remnants of SDF between 2008 and 2009 by professional team of Floristic and Forest Inventory of Santa Catarina project (IFFSC). The data were processed through the Detrended Correspondence Analysis (DCA) and Canonical Correspondence Analysis (CCA), using a matrix of species density associated with a environmental variables matrix, that consisted of altitude and climate parameters. The proportion of variance explained by the first three axes of DCA was low, accounting for approximately 21% of the information contained in the original data set. This result provides low power of interpretation of the results. However, when DCA was applied to the data of mean density of species in each river basin, the results pointed to better explanatory eigenvectors (three first eigenvectors explain 58.1% of total variance). The first ordination axis of DCA grouped the eastern watersheds SUs at one end, and the western watersheds SUs at the other end of this axis. At the right end of the first axis are arranged the watersheds of the river Canoas, Pelotas and Peixe, which are characterized by the presence of species such as Ocotea pulchella , Zanthoxylum fagara , Lithrea brasiliensis , Matayba elaeagnoides , Cinnamodendron dinisii commonly associated with Mixed Ombrophilous Forest (Araucaria forest). At the left end, the grouped SUs are mainly those of western watersheds, a group that includes the basins of the Jacutinga, Irani, Chapec\uf3, Antas and Peperi-gua\ue7u rivers. Among the species that most strongly influence the results in the analysis, we highlight Apuleia leiocarpa , Rauvolfia sellowii , Bastardiopsis densiflora , Chrysophyllum gonocarpum , Cordia trichotoma , Holocalyx balansae , Myrocarpus frondosus e Pisonia zapallo, which are common in seasonal forests of the hinterlands of southern Brazil. The analysis through the ACC pointed to similar results and joint interpretation of environmental data indicated that the basins located in the east are associated with colder climates where frosts are more frequent as a result of higher altitudes. As the altitudes tend to decline from east to west and portions, the authors propose the existence of a transition zone between the two phytoecological regions (MOF and SDF) in the range of 600 m asl, where occurs the interdigitation of elements from seasonal flora and those of Araucaria forest, resulting in the delineation of a core area of the SDF below this altitudinal level.O objetivo deste trabalho foi identificar as poss\uedveis similaridades estruturais entre remanescentes da Floresta Estacional Decidual (FED) em Santa Catarina e associar os grupos \ue0 influ\ueancia de condicionantes ambientais. Associado a este objetivo prim\ue1rio, tamb\ue9m se buscou a identifica\ue7\ue3o das zonas de contato entre esta tipologia florestal e a Floresta Ombr\uf3fila Mista (FOM). Foram analisados os dados de 78 unidades amostrais (UA) instaladas em remanescentes da FED entre 2008 e 2009 pelo Invent\ue1rio Flor\uedstico Florestal de Santa Catarina (IFFSC). Os dados foram tratados atrav\ue9s da An\ue1lise de Correspond\ueancia Corrigida (DCA) e da An\ue1lise de Correspond\ueancia Can\uf4nica (ACC), valendo-se de uma matriz de densidade de esp\ue9cies e uma matriz de vari\ue1veis ambientais, esta constitu\uedda por altitude e par\ue2metros clim\ue1ticos. A propor\ue7\ue3o da vari\ue2ncia explicada pelos tr\ueas primeiros eixos da DCA foi baixa, somando aproximadamente 21% do total de informa\ue7\ue3o contida no conjunto original de dados. Este resultado ofereceu baixo poder de interpreta\ue7\ue3o para os resultados. No entanto, quando a DCA foi aplicada sobre os dados de densidade m\ue9dia das esp\ue9cies em cada bacia hidrogr\ue1fica, os resultados apontaram para autovetores muito explicativos do conjunto (58,1% da varia\ue7\ue3o). Observada somente a ordena\ue7\ue3o provocada pelo primeiro eixo da DCA, v\uease a disposi\ue7\ue3o das bacias de leste, em um extremo, e das bacias de oeste, no outro extremo deste eixo. Na extremidade direita do primeiro eixo est\ue3o dispostas as bacias do rio Canoas, Pelotas e do Peixe, as quais s\ue3o caracterizadas pela presen\ue7a de esp\ue9cies como Ocotea pulchella , Zanthoxylum fagara , Lithrea brasiliensis , Matayba elaeagnoides , Cinnamodendron dinisii , comumente associadas com a Floresta Ombr\uf3fila Mista. Na extremidade esquerda est\ue3o distribu\ueddas as bacias de oeste, grupo que inclui as bacias dos rios Jacutinga, Irani, Chapec\uf3, Antas e Peperi-Gua\ue7u. Dentre as esp\ue9cies que mais fortemente influenciaram os resultados na an\ue1lise, cabe destacar Apuleia leiocarpa , Rauvolfia sellowii , Bastardiopsis densiflora , Chrysophyllum gonocarpum , Cordia trichotoma , Holocalyx balansae , Myrocarpus frondosus e Pisonia zapallo, as quais s\ue3o frequentes em florestas estacionais do interior meridional do Brasil. A an\ue1lise atrav\ue9s da ACC apontou para resultados similares e a interpreta\ue7\ue3o conjunta dos dados ambientais indicou que as UA situadas nas bacias de leste est\ue3o associadas a climas mais frios, em que as geadas s\ue3o mais frequentes, como consequ\ueancia de altitudes mais elevadas. Considerando que as altitudes tendem a declinar das por\ue7\uf5es lestes para oeste e, diante do resultados apresentados, os autores prop\uf5em a exist\ueancia de uma zona de transi\ue7\ue3o entre as duas regi\uf5es fitoecol\uf3gicas (FOM e FED) na faixa dos 600 m s.n.m., onde ocorre a interdigita\ue7\ue3o de elementos da flora estacional e aqueles da Floresta Ombr\uf3fila Mista, resultando na delimita\ue7\ue3o de uma \ue1rea core da FED abaixo deste patamar altim\ue9trico

MAPEAMENTO DE REMANESCENTES EM ESTÁGIO INICIAL DE SUCESSÃO NA FLORESTA SUBTROPICAL ATLÂNTICA DO SUL DO BRASIL

Neste estudo foi abordada a segmentação de imagens de alta resolução e a utilização da técnica da mineração de dados. O objetivo foi encontrar correlação entre resposta espectral, espacial, de contexto e de textura, e variáveis dendrométricas obtidas de inventários florestais em áreas de estágio inicial de sucessão da Floresta Ombrófila Densa em três locais do Estado de Santa Catarina. Os dados de campo foram levantados em seis Unidades Amostrais (UA) com 1.600 m² cada. No processamento digital utilizaram-se três imagens de alta resolução espacial (0,39 m) obtidas pelo sensor SAAPI, com três bandas no visível, três no infravermelho próximo, modelo numérico de terreno e de superfície. Dados extraídos do produto digital (atributos) foram utilizados na etapa da mineração dos dados, que selecionou atributos relevantes e descartou aqueles de menor peso. Verificou-se que tanto no estrato arbóreo quanto na regeneração existe heterogeneidade de variáveis, como número de indivíduos (N), diâmetro a altura do peito (DAP) e área basal (AB). Mesmo assim, foram encontradas correlações significativas entre atributos das imagens e os dados de campo. A correlação de maior magnitude absoluta de N foi com as médias da banda 1 (-0,64), 3 (-0,62) e IR1 (0,63), para DAP foi a razão das bandas IR3 (0,56) e 2 (0,55) e para AB foi o menor valor de pixel das bandas 1 (-0,64) e IR3 (-0,60), todas altamente significativas (p<0,01). Esses resultados configuram pontos de partida para futuras investigações a respeito da construção de um estimador de parâmetros biofísicos da vegetação