Autores

Sousa, S.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, V.T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Arruda, I. R. P, (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Gomes, V.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Ramos, D.A.M.C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO) ; Silva, D.G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO)

Resumo

O objetivo geral da pesquisa foi a análise da cobertura vegetacional por Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) na Serra dos Cavalos em Pernambuco. Os procedimentos teóricos, metodológicos e operacionais foram baseados nas técnicas das geotecnologias. A importância desse trabalho parte da conservação das áreas remanescentes de Mata Atlântica em ambiente semiárido, as quais foram e ainda são descaracterizadas pela intensa atividade antrópica. A ação do homem e as formas de uso e ocupação do espaço ampliaram a degradação ambiental na área de estudo. Assim, se torna necessário um olhar mais atuante das inciativas públicas e privadas em relação a vegetação presente na Serra dos Cavalos, além de propostas de planejamentos no uso e cobertura da terra. A ausência de formas conservacionistas no uso da terra pode gerar problemas ambientais praticamente irreversíveis.

Palavras chaves

Geotecnologias; Mata Atlântica; NDVI

Introdução

Analisar e compreender a dinâmica geológica, geomorfológica e ecológica em uma determinada área, assim como avaliar as finalidades de uso antrópico sobre esta mesma área torna-se indispensável os estudos sobre planejamentos e monitoramento do espaço geográfico. O uso excessivo de determinadas áreas por ações antrópicas pode acarretar em variados desequilíbrios ecológicos, gerando vasta degradação do meio natural. Resultados como erosão, inundação e desertificação podem ser totalmente potencializados pela ação do homem. O grau de importância desse trabalho parte do princípio de uma tentativa de mensuração e preservação de uma área remanescente da Mata Atlântica situada no agreste Pernambucano, a qual foi e ainda é descaracterizada pelas intensas atividades antrópicas. A importância das áreas de remanescentes vegetacionais para o agreste Pernambucano se dá em função destas regularem o fluxo dos mananciais hídricos, assegurando a fertilidade do solo, interferindo no clima, protegendo escarpas e encostas das serras e preservando um patrimônio natural, histórico e cultural imenso. Neste contexto, convém destacar a importância desse sistema ambiental no quadro dinâmico do Nordeste brasileiro (LIMA, 2014). No Nordeste, os remanescentes de Mata Atlântica estão associadas aos maciços residuais pré-litorâneos e aos planaltos cristalinos/sedimentares. Segundo Andrade-Lima (1982), isso ocorreu porque as mudanças climáticas ocorridas no Quaternário tornaram esses ambientes propícios à remanescência destas áreas de refúgio de fauna e flora, as quais sofreram isolamento geográfico durante o Plioceno superior e Pleistoceno. Essa pesquisa visa, com o auxílio das geotecnologias, demonstrar os níveis de degradação da Serra dos Cavalos, situado no Estado de Pernambuco. Para se obter uma melhor resposta sobre os índices de degradação, é necessário o uso de imagens de satélite na comparação de anos distintos da área de estudo. Os produtos de sensoriamento remoto, bem como os resultados obtidos, forneceram informações sobre a dinâmica e a situação atual da cobertura vegetal. Variadas são as ferramentas e funções das geotecnologias. Para se classificar os fatores físicos e fisiológicos como o balanço de energia, evapotranspiração, fotossíntese e respiração nos meios ecológicos, usa-se o albedo como fiscalizador das relações microclimáticas das culturas e a absorção de radiação (BEZERRA et al., 2011). Para isto, se faz necessário o uso de índices vegetacionais, ferramenta utilizada para qualificar a vegetação em determinada área, denominada Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI). Este índice vem sendo utilizado em diversas áreas de estudo com o intuito de validar trabalhos de campo. O NDVI é de suma importância em trabalhos que trazem à temática da desertificação, estudos climáticos, controle agrometereológico, gestão de recursos hídricos, mudança do uso do solo e questões ambientais (WENG & QUATTROCHI, 2006; JULIEN & SOBRINO, 2009). Sob esta perspectiva, o presente trabalho consistiu a análise da cobertura vegetal da Serra dos Cavalos por meio do Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) ou Índice de Vegetação por Diferença Normalizada, gerando assim, uma ferramenta indispensável para a compreensão do processo de degradação ambiental desta área, e acima de tudo, uma contribuição valiosa para os trabalhos de planejamento ambiental.

Material e métodos

Para a elaboração deste trabalho realizou-se uma vasta pesquisa bibliográfica por meio de livros, artigos e outros meios de informação como periódicos (revistas, boletins, jornais), com intuito de encontrar trabalhos com temática semelhante. Realizou-se trabalho de campo, que ocorreu durante o período de agosto de 2016 a janeiro de 2017, que foi realizado para reconhecimento da área e comparação dos dados obtidos. Foram levados em consideração alguns critérios para a escolha das imagens utilizadas no mapeamento do Índice de vegetação, cujo o primeiro critério foi a disponibilidade das imagens. O segundo leva a qualidade das imagens e o terceiro o período da imagem, a partir da semelhança das quadras climáticas. Para elaboração dos mapas de NDVI, foram adquiridas gratuitamente duas imagens de satélite junto ao United States Geologial Survey – USGS da National Aeronautics and Space Administration (NASA). As imagens correspondem a órbita 217 e ponto 65. A primeira imagem foi capturada pelo sensor TM do satélite Landsat 5, gerada dezembro de 1998. A segunda pelo sensor OLI do satélite Landsat 8, datada em janeiro de 2017. O processamento das imagens de satélite foi utilizado o software ERDAS Imagine 9.3 licenciado do laboratório de Geomorfologia do Quaternário (GEQUA) do Departamento de Ciências Geográficas da UFPE. Para a imagem Landsat 5 foram realizadas as etapas de empilhamento das bandas, calibração radiométrica, reflectância e geração do índice vegetativo. Enquanto para a imagem Landsat 8 as etapas realizadas consistiram no empilhamento das bandas, reprojeção para o hemisfério sul, reflectância espectral e geração do índice de vegetação. Para o processamento da reflectância da imagem Landsat 5 é necessário realizar anteriormente a calibração radiométrica, que consiste no processo de conversão do Número Digital - ND de cada pixel da imagem, em radiância espectral monocromática. Para tanto utilizou-se a Equação 1 (Figura 1), proposta por Markham e Baker (1987). Onde, a e b são as radiâncias espectrais mínima e máxima; ND é a intensidade do pixel (número digital - número inteiro de 0 a 255); e i corresponde as bandas espectrais. Após a obtenção da radiância foi realizado o cálculo da reflectância espectral utilizando a Equação 2(Figura 1) proposta por Bastiaanssen (1995). Onde rpi é refletância planetária da banda, i corresponde as bandas espectrais, Kλ é a irradiância solar espectral no topo da atmosfera, cosZ é o ângulo zenital do Sol e dr é o inverso do quadrado da distância relativa Terra – Sol. Para obtenção da reflectância da imagem Landsat 8 OLI, foi utilizada a Equação 3 (Figura 1). Onde, Add corresponde ao fator aditivo de reescalonamento para cada banda, disponível no arquivo metadados da imagem, assim como o Mult que corresponde ao fator multiplicativo de reescalonamento para cada banda. ND representa os valores de número digital da imagem, Z é o ângulo zenital solar. O dr corresponde ao quadrado da razão entre a distância média Terra-Sol e a distância Terra-Sol em dado dia do ano, e pode ser calculado através da Equação 4 (Figura 1). O Índice de vegetação por diferença normalizada – NDVI é proposto inicialmente por Rouse et al., (1973), onde aponta a grosso modo a porção e situação da vegetação nas áreas em estudo. Sendo calculado a partir da equação 5 (Figura 1). Onde 4 e 3 são os valores da refletância das bandas 3 e 4 do Landsat 5 TM e Landsat 8 OLI. Após a obtenção dos índices de vegetação para as imagens utilizadas foi realizado o recorte para a área e em seguida a montagem dos layouts utilizando o software ArcGis 9.3 licenciado pelo Departamento de Ciências Geográficas da Universidade Federal de Pernambuco - UFPE.

Resultado e discussão

Geograficamente, o recorte titulado como Serra dos Cavalos se localiza no Agreste Pernambucano. Está situado entre municípios de Caruaru, São Caetano e Bezerros na porção norte, Agrestina, São Joaquim do Monte e Altinho na porção sul do mapa (Figura 2). Dentro deste recorte se encontra o Parque Ecológico João Vasconcelos Sobrinho. A Serra dos Cavalos é um Brejo de Altitude que apresenta a formação de um microclima diferenciado, onde, por efeito orográfico, a pluviosidade é bastante superior à do entorno, denominado de “agreste subúmido” (Andrade- Lima, 1960). O clima da área é tropical chuvoso com verão seco, sua temperatura média é de 24ºC. A precipitação média anual oscila entre 650 e 800 mm (CPRH, 1994). A distribuição das chuvas delimita duas estações distintas, a chuvosa, entre os meses de abril e julho, e a seca, correspondendo aos demais meses do ano. A área da Serra dos Cavalos apresenta uma drenagem razoavelmente bem definida, com dois cursos d'água principais: os riachos do Chuchu e Capoeirão. Podemos encontrar uma variedade de solos na área de estudo, tais como: Neossolo Flúvicos, Neossolo Regolítico, Argissolos Amarelo, Argissolos Vermelho- Amarelo. A área de estudo localiza-se geologicamente em terrenos de origem Pré- cambriana pertencentes ao complexo cristalino da Borborema, formado por granodioritos com gradação para granitos e tonolitos de coloração, e granulometria variada (ANDRADE & LINS 1964, CPRH 1994). Do ponto de vista geomorfológico, a Serra dos Cavalos encontra-se inserida dentro da unidade morfoestrutural do Planalto da Borborema, que corresponde ao conjunto de terras altas estruturadas em terrenos cristalinos de diversas idades que se distribuem no nordeste oriental do Brasil (CORRÊA et al., 2010). A Serra dos Cavalos apresenta uma cobertura vegetal que se encontra diretamente relacionada com as condições climáticas e edáficas da região. Tais condições contribuem diretamente para a distinção na estrutura destas formações fitogeográficas, como porte e diâmetro de espécies, o número de estratos que as mesmas desenvolvem, e o grande índice de biodiversidade local. A análise da cobertura vegetal foi estabelecida através do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI). A partir da análise, verificaram-se alterações no padrão espacial da vegetação. Foram analisados dois períodos, dezembro de 1998 e janeiro de 2017. Foram definidos e classificados sete intervalos de tons de cinza, a saber: Água (≤ a 0); Área urbana (0 – 0,2); Solo exposto (0,2 – 0,3); Agropecuária - agricultura ou pastagem (0,3 – 0,4); Caatinga (0,4 – 0,5); Vegetação moderada (0,5 – 0,6); Vegetação condensada (0,6 – 0,86). Os principais problemas oriundos das formas inapropriadas do uso e ocupação da terra, fora os riscos causados pela própria natureza, causando sérios problemas socioeconômicos às comunidades locais. Com base nos estudos e nos trabalhos in loco, constata-se a ação do homem como principal agente responsável pelo aumento na degradação do meio. O recorte de Jan/1998 (Figura 3), observa-se uma redução espacial da vegetação, aumentando as áreas de solo exposto. Sabendo-se que dezembro é mês de período seco na área estudada, essa redução da vegetação está associada a redução do índice pluviométrico entre os meses de setembro a dezembro do ano que apresentou totais pluviométricos de 30,4 mm para os quatros meses. Em janeiro de 2017 (Figura 4), a região está no período chuvoso, verificou-se uma expansão da vegetação tanto da floresta atlântica como também da caatinga que se encontra em todo o entorno. Isso se deve ao aumento significativo do índice pluviométrico, contribuindo assim, para o adensamento da vegetação. O NDVI apresentou valores variando entre -0,1 e 0,86, que foram subdivididos em sete classes. Os valores entre -1 e 0 fazem referência a corpos hídricos. A classe que abrange os valores de 0,001 a 0,2 corresponde a solo exposto e/ou perímetros urbanos e no geral apresentou uma variação nas 2 imagens analisadas. A classificação 0,2001 a 0,3 indica áreas com presença de solo exposto bastante ativo. Em 1998, foi a classificação que mais se destacou na imagem. Isso pode ser explicado devido ao período seco do ambiente. Rêgo et al (2012), afirmam que vários índices podem ser alterados em função de diferentes fatores como posição das folhas, arquitetura do dossel, substrato, características químicas das folhas e presença da água. Sugerindo que este fragmento florestal neste referido período observado estava em ascensão da faixa Urbana e produção agrícola. Assim, a observação dessa dinâmica pode ser obtida de acordo com o ciclo anual de precipitação e isso gera uma significativa resposta das plantas em relação aos regimes de seca e chuva. A quarta classificação corresponde a agropecuária (agricultura ou pastagem) de grandeza familiar. Foi a classe que mais sofreu redução de sua extensão no ano de 1998, com valores que variam entre 0,3001 e 0,4, são áreas com a presença de vegetação baixa de porte médio ou de agricultura irrigada. A quinta classificação com valores que vão de 0,4001 a 0,5 é representada pela Caatinga. Essas áreas apresentava um maior percentual para no ano de 2017, provavelmente em virtude dos altos índices pluviométricos encontrados para esse ano. Na sexta classificação, com valores entre 0,5001 e 0,6, são ambientes que apresentam uma vegetação mais moderada. No ano de 2017, esse intervalo de classe se destacou mais que no outro ano estudado. A explicação se dá pelas propostas de conservação do Parque nas áreas centrais da Serra dos Cavalos. Foi possível identificar que nos ambientes mais elevados próximos á resquícios de vegetação fechada, existe áreas de cultivo de porte familiar. A última classificação, corresponde a uma vegetação concentrada, mais fechada, de variados portes. Pode ser classificada como o resquício de Mata Atlântica do ambiente, correspondendo cerca de 17% no ano de 1998 e passou a ter 36% no ano de 2017. Comparando os meses estudados nos distintos anos fica evidente a influência do período chuvoso na dinâmica do quantitativo da vegetação principalmente ao se analisar as alterações no aumento das áreas correspondentes as classes de vegetação para o ano de 2017. As marcas da ação do homem na Serra dos Cavalos são identificadas através do desmatamento da cobertura vegetal em algumas partes do recorte, do manejo realizado de forma totalmente inadequado dos solos e dos recursos hídricos, da prática de cultivo/pastagem e da expansão urbana realizada de forma desordenada entre os municípios que fazem parte da área estudada. Assim, resultando no aumento da erosão nas vertentes, onde se verifica mudança constante na paisagem. Observa-se que dentro do recorte existem diferentes formas de uso e ocupação. Verificam-se que as áreas mais elevadas possuem paisagens naturais remanescentes, ou seja, essas paisagens mantêm certas características primitivas, porém, com o decorrer dos anos, as políticas de preservação foram mais severas o que ocasionou uma vegetação mais acentuada.

Cálculos para o processamento das imagens


Mapa de localização da Serra dos Cavalos entre os municípios do Estado de Pernambuco


Mapa de NDVI da Serra dos Cavalos/PE do ano de 1998. Fonte: Autores, 2017


Mapa de NDVI da Serra dos Cavalos/PE do ano de 2017. Fonte: Autores, 2017

Considerações Finais

O método empregado para o mapeamento da Serra dos Cavalos/PE mostrou-se bastante eficiente, representando bem as classes previamente identificadas e definidas com o auxílio do Google Earth Pro, além dos trabalhos in loco para averiguação dos dados. De modo geral, evidenciou-se que maior parte das transformações empreendidas sobre as coberturas naturais se deram no sentindo de ampliar as áreas de solo exposto na região. Entre as classes naturais observadas, a que perdeu mais área foi a de caatinga, com uma taxa de desmatamento bem acentuada durante a última década. As áreas de Mata Atlântica, se expandiu durante os últimos anos, devido as políticas de geoconservação após a instalação do Parque Estadual no município de Caruaru. As análises mostram também, que a metodologia aplicada se mostra bastante robusta e essencial para a formulação desse trabalho, além de permitir analisar e identificar os locais mais susceptíveis a diminuição da cobertura vegetal e as áreas que mais sofreram com as interferências antrópicas. A degradação ambiental traz consigo diversos problemas ao meio ambiente. Resultados que já são apresentados e comprovados em diversos estudos no decorrer do presente ensaio. Neste sentido, recomenda-se o desenvolvimento e aperfeiçoamento de outras pesquisas mais específicas, que o utilizem o presente estudo como base para avaliação do quadro ambiental da região.

Agradecimentos

A Professora e orientadora Danielle Gomes da Silva pelos ensinamentos.

Referências

ANDRADE-LIMA, D. Estudos fitogeográficos de Pernambuco. Arquivo do Instituto de Pesquisas Agronômicas de Pernambuco 5: 305-341, 1960.
ANDRADE, G.O. & LINS, R.C. Introdução ao estudo dos “brejos” Pernambucanos. Recife. Arquivos do ICT. Instituto de Ciências da Terra, Universidade do Recife. Vol. 2, 1964.
ANDRADE-LIMA, D. Present day forest refuges in Northeastern Brazil. Pp. 245-25n: PRANCE, G.T. (ed.). Biological Diversification in the Tropics. Columbia University Press,New York, 1982.
BASTIAANSSEN, W. G. M. Regionalization of surface flux densities and moistureindicators in composite terrain. Wageningen: Wageningen Agricultural University, 1995. 237p. PhD thesis.
BEZERRA, M. V. C.; SILVA, B. B. DA; BEZERRA, B. B. Avaliação dos efeitos atmosféricos no albedo e NDVI obtidos com imagens de satélite. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.15, p.709-717, 2011.
CORRÊA, A.C.B., TAVARES, B.A.C., MONTEIRO, K.A., CAVALCANTI, L.C.S., LIRA,D.R. Megageomorfologia e morfoestruturado Planalto da Borborema. Revista do Instituto Geológico. São Paulo, 31 (1/2), 2010. p.35-52.
CPRH. Diagnóstico para recuperação do Parque Ecológico João Vasconcelos-Sobrinho. Recife. (Série Biblioteca do Meio Ambiente, 01). 1994. 29 p.
JULIEN, Y.; SOBRINO, J. A. The yearly land cover dynamics (YLCD) method: An analysis of global vegetation from NDVI and LST parameters. Remote Sensing of Environment, v.113, p.329-334, 2009
LIMA, D. B. Análise Temporal da Cobertura e Uso da Terra como Subsídio ao estudo de Degradação Ambiental da Serra da Meruoca, Ceará. Dissertação de Mestrado. Universidade Estadual do Ceará, 2014.
MARKHAM, B. L.; BARKER, L. L. Thematic mapper bandpass solar exoatmosphericalirradiances. International Journal of Remote Sensing, v.8, n.3, p.517-523, 1987.
RÊGO, S. C. A.; LIMA, P. P. S.; LIMA, M. N. S.; MONTEIRO, T. R. R., Análise comparativa dos índices de vegetação NDVI e SAVI no município de São Domingos Cariri - PB, Revista Geonorte, Edição especial, V.2, N.4 p.1217-1229, 2012.
ROUSE, J.W.; Haas, R.H.; Schell, J.A.; Deering, D.W. Monitoring vegetation systems in the great plains with ERTS. In Earth Resources Tecnology Satellite- 1 Symposium,3, 1973. Proceedings. Washington, 1973, v.1, Sec. A, p. 309-317.
WENG, Q.; QUATTROCHI, D. A. Thermal remote sensing of urban areas: An introduction to the special issue. Remote Sensing of Environment, v.104, p.119-122, 2006.