Análise temporal para detecção de mudanças no uso e cobertura do solo dos Campos de

Cima da Serra-RS com o uso de imagens multiespectrais do Sistema Landsat

Jussara Alves Pinheiro Sommer a*; Dejanira Luderitz Saldanha a; Carlos Augusto

Sommer b; Patrícia Pinter b;

a Programa de Pós-Graduação em Geografia – PPGEO-IGEO – Universidade Federal

do Rio Grande do Sul –UFGRS, Av. Bento Gonçalves, 9500, Bairro Agronomia Porto

Alegre, RS- Brasil. japsommer@sinos.net

b Departamento de Geodésia – IGEO- Instituto de Geociências Universidade Federal do

Rio Grande do Sul, Av. Bento Gonçalves, 9500, Bairro Agronomia Porto Alegre, RS-

*Autor para correspondência: 51 3524 7227- japsommer@sinos.net

PALAVRAS CHAVES:

Sensoriamento remoto, análise ambiental, ecossistemas, geoprocessamento, paisagem

TITULO ABREVIADO:

Mudanças nos Campos de Cima da Serra

ABSTRACT

The monitoring of the ambient changes has been a routine due to sustainable development pressures based in corrects ecologically fundaments viewing the ecosystems management and in the involving of the inserted communities. In this sense, the use of remote sensing images permits the acquisition of temporal-space information’s, which possibility the detection of soil uses and cover changes. These changes can modify the natural landscapes and can be indicative of related territorial identity changes. Satellite images obtained from the Landsat sensor in 1987 and 2007 were analyzed with the aim to investigate the landscape modifications of the native grassland in the Campos de Cima da Serra region in the northeastern part of Rio Grande do Sul (RS) state. In the digital image processing were done the images georeference and their cutting using mask. The visual analysis of these images and the collect of sample points done in a field survey permitted the identification of the different soil use places. The main result of this work was the verification of a process of changes in the natural landscape that occurred in the last twenty years in the Campos de Cima da Serra region. The native grassland is being substituted mainly by Pinnus sp. forests, besides cultivate grass planted in consortium with other agricultures. In this process of changes

in the soil and cover use a survey will be necessary to identify the transformers agents, and the produced socio-ambient impact. This changes in course can be indicative of changes in the territory identity that was previously historically based in the cattle breeding. RESUMO O monitoramento das mudanças ambientais tem sido rotina mediante as pressões do desenvolvimento sustentável em bases ecologicamente corretas visando o manejo dos ecossistemas e o envolvimento das comunidades inseridas. Neste sentido, o uso de imagens de sensoriamento remoto propicia a obtenção de informações espaço-temporais que possibilitam a detecção de mudanças no uso e cobertura do solo. Essas mudanças, além de alterar a paisagem natural, podem ser indicativas de mudanças da identidade territorial vinculada a essa paisagem. Com o objetivo de investigar as modificações na paisagem dos campos nativos na região denominada Campos de Cima da Serra no nordeste do RS, foram analisadas imagens do Sistema Landsat, adquiridas em 1987 e 2007. No processamento dessas imagens foi realizado o georeferenciamento das mesmas e o seu recorte por meio de máscara. A análise visual destas imagens e um levantamento de campo, com coleta de pontos amostrais, permitiram definir os locais dos diversos usos do solo. O principal resultado alcançado é constatação do processo de mudanças na paisagem natural que ocorreu nestes últimos vinte anos, na região estudada. O campo nativo está sendo substituído por florestamento, principalmente de Pinnus. e por pastagens cultivadas em consórcio com o cultivo agrícola. Neste processo de mudança no uso e na cobertura do solo é necessário um levantamento para a identificação dos agentes transformadores e do impacto sócio ambiental produzido. Essas mudanças, que estão em curso, podem ser indicativas de mudanças na identidade do território, historicamente alicerçada na pecuária. INTRODUÇÃO

O atual desenvolvimento da geotecnologia possibilita o monitoramento ambiental com

maior precisão por meio da utilização de imagens de satélites em órbita na Terra.

Dentro dessa perspectiva, os trabalhos voltados à pesquisa do uso e da cobertura do solo

e do monitoramento de ecossistemas, que utilizam imagens orbitais, possibilitam a

detecção das tendências de mudanças de forma global, regional e local.

O sensoriamento remoto permite análises multitemporais (Mesquita Jr. e Bitencourt,

2003) ou espaço-temporal (Andrade e Oliveira, 2004) que visam o acompanhamento e o

monitoramento dos processos de mudanças envolvendo comparações, taxas de variação

das mudanças no tempo e no espaço em estudos de crescimento urbano, de

desertificação ou de desmatamento. O desenvolvimento de técnicas de processamento

digital de imagens, de sistemas de georeferenciamento de informações geográficas tem

contribuído para a utilização e eficácia dos sistemas sensores usados atualmente.

Todo esse arcabouço tecnológico vem ao encontro da necessidade em assegurar

o desenvolvimento sustentável com práticas ecologicamente corretas, prospecção de

recursos minerais, gestão e uso de recursos hídricos e a preservação dos ambientes

naturais frente à pressão por novas áreas de cultivo e pastoreio.

Em ecologia da paisagem encontramos o conceito de unidade de paisagem como

sendo um conjunto tangível de relacionamentos internos e externos, que fornece as

bases para o estudo das inter-relações topológicas e corológicas, e teria como base as

características mais óbvias ou mapeáveis dos atributos da Terra, a saber: relevo, solo e

vegetação, incluindo a alteração antrópica nesses três atributos As relações existentes

entre os diversos componentes do meio ambiente físico (relevo, clima, cobertura

vegetal) geram determinados arranjos espaciais que, diante da percepção humana, se

pode identificar como paisagem. A paisagem geográfica é o resultado da ação de fatores

naturais e antrópicos, sendo que estes são os agentes modificadores mais importantes

nesta modelagem.

Nas últimas três décadas a expansão da atividade econômica mundial foi muito intensa

e o setor produtivo primário (agricultura) exigiu para isso, a expansão da área destinada

a cultivos levando a fronteira agrícola a ocupar importantes nichos ecológicos no

planeta. Assim é o caso da região de ocorrência dos Campos de Cima da Serra no Rio

Grande do Sul.

METODOLOGIA Caracterização da área de estudo

Os Campos de Cima da Serra estão localizados na região nordeste do Rio

Grande do Sul formando o compartimento geomorfológico denominado Planalto

Meridional. (Figura 1)

Campos de Cima da Serra

Área de estudo

Figura 1- Imagem do RS com área dos Campos de Cima da Serra

Essa unidade do relevo é o resultado do empilhamento de camadas de sucessivos

derrames de lavas que extravasaram através de fendas na crosta terrestre e que se

derramaram sobre os sedimentos arenosos que formaram, no passado remoto, um

gigantesco deserto na região. As maiores altitudes deste planalto podem atingir mais de

mil metros a leste e decrescem lentamente em direção a oeste. A morfologia do relevo é

de suaves coxilhas que são denominadas Campos de Cima da Serra. Para leste cânions e

vales íngremes abrem-se em direção ao litoral onde a Planície Costeira está sendo

desenvolvida.

Segundo IBGE (2004), as formações vegetais encontradas nesta região, foram

definidas, em: Florestas Ombrófila Mista (Floresta com Araucária), Floresta Estacional

Decidual, Floresta Estacional Semidecidual e Estepe Gramíneo-lenhosa (campos). Estes

campos caracterizam-se por recobrir o relevo suavemente ondulado com capões ou

árvores mais ou menos isoladas. Quando o relevo se apresenta ondulado ocorre uma

mistura com elementos da Floresta Ombrófila Mista e nas áreas de ondulação suave

podem ocorrer matas ripárias em faixas mais ou menos estreitas (CEPSRM-UFRGS,

2008). Nesta região do Planalto, o campo é a formação botânica dominante, ocupando

os topos e as encostas superiores de morros. Os campos naturais são, em grande parte,

relictos de um clima mais seco, resultante da última glaciação e estariam subordinados

ao avanço das matas sobre os campos, desde que houvesse profundidade suficiente de

solo (Rambo, 1956).

Segundo o levantamento realizado pelo PCMA - Projeto Conservação da Mata

Atlântica (CEPSRM-UFRGS, 2008) a vegetação desses campos pode ser dividida em:

a) campos baixos, com espécies entre 10 cm e 30 cm de altura, geralmente utilizados

para a pastagem. Com o predomínio de Gramíneas, tais como Paspalum notatum

(grama-forquilha), Axonopus sp. (grama), Andropogon lateralis (capim-caninha),

Piptochaetium montevidensis (cabelo-de-porco), Aristida spp. (capim-barba-de-bode),

Eragrostis sp. (capim-orvalho) e Panicum cf. sabulorum (capim). No que se refere a

ervas de outras famílias, destacam-se as Leguminosas (Fabaceae), sendo comuns as

espécies como Desmodium spp (pega-pega), Trifolium repens (trevo-branco), Crotalaria

spp. (guizo-de-cascavel), Rhynchosia sp. e Desmanthus sp. A família Compositeae

(Asteraceae), também comum, possui ervas como Aspilia cf. setosa (margarida-do-

campo), Trixis stricta, Spilanthes cf. decumbens, Achyrocline satureoides (marcela),

Pterocaulon sp. (quitoco), Vernonia spp., Gamochaeta spp. Eupatorium tanacetifolium,

entre outras. Além dos representantes das famílias dominantes, acima citadas, ocorrem

elementos de algumas outras, podendo-se salientar espécies como Eryngium

sanguisorba (gravatá-fedorento, Apiaceae), Centella asiática (centela, Apiaceae),

Acaena fuscescenss (carrapicho-da-serra, Rosaceae), Dichondra cf. repens (orelha-de-

rato, Rosaceae); b) Os campos altos, com 0,5 m a 1,0 m de altura, ocorrem quando

abandonados ou com pouco uso agropecuário. Tornam-se invadidos por ervas altas, a

começar por samambaia-das-taperas (Pteridium aquilinum), típica de solos ácidos,

seguida de Erianthus cf. trinii (macega-estaladeira), Eryngium horridum (gravatá-do-

campo), Senecio brasiliensis (maria-mole), ou arbustos, as chamadas vassouras, como

Baccharis dracunculifolia (vassoura-branca), Baccharis uncinella (vassoura-da-serra),

Baccharis articulata (carquejinha), Vernonia tweediana (mata-pasto) e Buddleja

brasiliensis (barbaco). Quando a vegetação arbustiva ultrapassa um (um) metro de

altura, pode ser caracterizada como capoeirinha.

Atualmente este ecossistema apresenta-se bastante descaracterizado em sua

constituição original evidenciando a necessidades de estudos sobre as mudanças de uso

e ocupação das pastagens nativas na região dos Campos de Cima da Serra na região

nordeste do RS, por atividades de agricultura e silvicultura.

Este trabalho inicialmente pretende realizar um estudo espaço-temporal para

identificar alterações na paisagem de domínio de campos utilizando imagens

multiespectrais do Landsat-TM. A partir da comparação entre imagens identificar quais

são as principais modificações no uso e cobertura do solo nos últimos vinte anos.

Por ser um ecossistema com grande diversidade de espécies vegetais e servir de

habitat para várias espécies da fauna, dispersora de sementes das matas associadas ao

campo, é importante estabelecer as alterações que estão em processo na mesma.

MATERIAIS E MÉTODOS

Para a realização da investigação de mudanças no uso e na ocupação do solo na região

dos Campos de Cima da Serra, os trabalhos foram divididos em etapas de laboratório e

trabalho de campo. Na etapa de laboratório foram selecionadas duas imagens do

LANDSAT-TM anos de 1987 e 2007, órbita 220, cenas 080 e 081, obtidas em

29/06/1987 e 29/07/2007 respectivamente. A área selecionada para este estudo está

inserida em um polígono limitado pelas coordenadas 28°25S 50°18W e 28°36S 49°41W

e 29°26S 50°34W e 29º25S 50°13W.

Para o processamento das imagens foi utilizado o programa ENVI 4.2 sendo

realizado o georeferenciamento com base cartográfica na escala 1:50.000 das cartas do

DSG das regiões de Coxilha Rica, Bom Jesus, Jaquirana, Várzea do Cedro, Tainhas,

São José dos Ausentes, Vila Santana, Cambará do Sul, Aratinga, Silveira, Jacinto

Machado, Praia Grande e Três Cachoeiras. Um receptor GPS foi utilizado para a

localização de pontos de amostragem em campo, foi realizado o registro fotográfico das

áreas amostradas. O período temporal de vinte anos entre as imagens contempla as

modificações que ocorreram de forma não sazonal ou temporária na região, buscando

indicativos de processos de mudanças de uso do solo na região. Na escolha das datas

das imagens buscou-se a proximidade de aniversário entre elas para diminuir os efeitos

causados por diferença de iluminação da cena e os períodos de cultivos agrícolas. As

imagens foram referenciadas com base no datum Córrego Alegre, fuso 22 na projeção

UTM. A correção geométrica da imagem Landsat do ano de 2007 foi realizada mediante

a identificação dos mesmos pontos de controle e distribuídos na imagem, a partir das

cartas 1:50.000 do DSG. O co-registro das imagens nos processamentos de detecção de

mudanças é importante pois compara pixel a pixel e se o erro de registro for elevado

pode acarretar falsas mudanças representando locais diferentes da cena (Cakir, Korram

e Nelson, 2006). Após o registro, as imagens foram recortadas utilizando-se uma

máscara criada a partir de um polígono vetorial na imagem base de 2007, definindo-se

assim, a área de estudo.

Para a detecção de mudanças pode-se criar uma imagem contraste a partir da

utilização de uma única banda selecionada das imagens com tempos distintos. A

imagem mudança permite identificar as áreas onde ocorreram mudanças. Foi

selecionada a banda 3 da imagens TM 1987 e 2007, pois o comportamento espectral da

vegetação nesta região é de absorção enquanto que o solo reflete assim, a vegetação

aparecerá escura e o solo será claro. A imagem TM/Mudança foi composta pela

banda3( R ) da TM 1987 e pela banda 3 (G-B) da imagem TM 2007.

Após esses procedimentos realizou-se uma análise visual preliminar, e foram

selecionadas áreas na imagem TM/2007 que apresentavam diferenças na cobertura do

solo em relação à imagem TM 1987. Foram definidas classes de cobertura do solo para

a investigação: florestamento, pastagem, áreas agrícolas e campos nativos. Também

foram selecionadas as áreas onde havia dificuldade em discriminar o uso agrícola ou

pastoril para a realização de uma investigação a campo.

A segunda etapa do trabalho foi a verificação em campo dos locais selecionados

nas imagens (campo nativo, pastagem, área agrícola e florestamento), utilizando o

equipamento GPS para o registro da localização geográfica e das mudanças de cobertura

do solo e posterior definição de classes. Estes pontos de controle são importantes para a

definição de classes a serem utilizadas na classificação digital onde os principais

elementos a serem discriminados são espécies vegetais e o solo. A mistura de pixel

determinada pelos diferentes estágios de crescimento da vegetação ou pelo processo

fenológico das culturas pode levar a uma interpretação errônea na seleção das classes a

serem utilizadas na classificação. O registro fotográfico dos pontos de amostragem

também é importante na análise de características gerais e específicas da vegetação e da

paisagem.

ANÁLISES E RESULTADOS

Foram selecionadas as bandas 4, 5, 3 das imagens Landsat-TM 1987 e 2007 para

uma composição RGB. A análise visual destas imagens mostra uma significativa

alteração na área de campos na imagem de 2007 em relação à de 1987. Na imagem

TM1987 RGB (453), “Figura 2”. o campo nativo aparece na cor ciano indicando a

baixa contribuição espectral da vegetação, composta por gramíneas, e a elevada

contribuição do solo, de forma quase homogênea em toda a cena. São observadas

algumas áreas em vermelho escuro indicando a presença de vegetação arbórea nativa e

em tons de vermelho mais forte e homogêneo foram observadas muitas áreas florestadas

com espécies exóticas, principalmente Pinnus, em área de campo nativo. Também

houve um incremento de área agrícola sobre o campo nativo (ex: milho e maçãs) e de

pastagens . Esse novo uso dos campos fica evidente na imagem TM/2007 RGB

(4,5,3)“(Figura3)”. A partir dessas respostas espectrais podem ser identificados áreas de

matas nativas, florestamento, áreas agrícolas e campos nativos. Nas áreas definidas

como de uso agrícola ocorre uma dificuldade em separar campos com pastagem

cultivada, de áreas agrícolas devido à mistura espectral causada pela contribuição do

solo e das culturas. Essa dificuldade será menor dependendo estádio de

desenvolvimento das culturas. As novas áreas de florestamento, também podem causar

confusão espectral e serem classificadas como pastagem ou uso agrícola dependendo do

estágio de desenvolvimento. Em estágios de desenvolvimento mais avançado o

florestamento se destaca pela elevada resposta espectral na onda do infravermelho

próximo, pela forma do cultivo e pela textura do dossel, tornando fácil sua classificação

em relação aos campos nativos e áreas agrícolas.

A vegetação arbórea nativa apresenta um comportamento espectral diferenciado

definido pela posição geográfica que ocupa, geralmente nas encostas íngremes, nos

fundos de vale e áreas úmidas entre as ondulações suaves do relevo (coxilhas). A

resposta espectral é diferenciada pela heterogeneidade de espécies que formam um

dossel com estrutura variada, não homogênea, dando uma configuração diferente do

florestamento.

Na imagem mudança TM87/2007 RGB(3, 3,3), as áreas que sofreram alterações

no uso e cobertura do solo serão identificadas pelo registro da cores. A cor vermelha

indica áreas que possuíam solo (campos) na imagem TM 1987 e estão com vegetação na

imagem TM/2007. A cor ciano revela áreas que possuíam vegetação na imagem de

1987 e no ano de 2007 apresentam solo. A cor escura (preto) indica áreas que não

sofreram alteração possuindo vegetação em ambas às datas. A cor clara (branco) indica

áreas que eram solo em 1987 e permanecem assim no ano de 2007. “( Figura 4)”

Com esta análise pode-se selecionar áreas de amostragem para serem investigadas à

campo.

Figura.2 - Imagem TM-1987 RGB(4,5,3)

O trabalho de campo realizado, na região dos Campos de Cima da Serra, no mês

de julho de 2009, teve como objetivo discriminar as diferenças entre campo e áreas

agrícolas e florestadas em estágio inicial de cultivo e verificar sua correspondência na

imagem do ano de 2007. Visto o grande incremento de modificação nos campos nativos

foram definidos os alvos que se apresentavam como cultivos agrícolas em 1987 para

serem investigados.

Este trabalho preliminar mostrou que grandes áreas classificadas visualmente

como áreas agrícolas atualmente são florestamento de Pinnus que à época de aquisição

da imagem foi interpretado como substrato e não como vegetação. Também foi

observada a confusão na imagem entre áreas agrícolas e pastagens cultivadas, pois a

resposta espectral dessa última é muito semelhante às áreas agrícolas.

Figura. 3 - Imagem TM-2007 RGB(4,5,3)

Figura 4 - Imagem mudança TM1987/2007 RGB (3,3,3)

CONCLUSÕES

Este é um trabalho preliminar que busca investigar as modificações que vem ocorrendo

na área ocupada pelos Campos de Cima da Serra, no Planalto Meridional na região do

nordeste do RS, com relação ao uso e cobertura do solo. A utilização de imagens

orbitais do sistema Landsat se mostrou bastante promissora na análise espaço-temporal

na detecção de mudanças ocorridas no período entre os anos de 1987 e 2007.

Nesse primeiro estágio os trabalhos realizados serviram para comprovar a modificação

da paisagem dos campos com a substituição da vegetação nativa por usos agrícolas e de

silvicultura, além de introduzir o cultivo de pastagens. As alterações de uso e ocupação

do solo nas áreas de campo foram identificadas na comparação entre as imagens de

1987 a 2007, quando fica definido o crescimento de áreas agrícolas e de florestamento

sobre o campo nativo. Como o objetivo desse trabalho era identificar as alterações no

uso e ocupação dos campos nativos na região dos Campos de Cima da Serra, nos

últimos vinte anos, ficou comprovado pela análise das imagens e trabalhos de campo.

Esse estudo preliminar demonstrou a necessidade de sua continuidade visando

levantamentos aprofundados sobre a quantificação de áreas de campo ocupadas com

agricultura e silvicultura. Além disso serão avaliadas as condições da pecuária e do

cultivo de pastagens em associação com a silvicultura e os impactos ambientais em

relação à fauna e flora nativa dos campos a partir da constatação dessas mudanças. O

estudo deste ecótipo do Bioma Mata Atlântica se mostrou pertinente a partir das

constatações realizadas nesta investigação preliminar e que indica uma alteração no uso

e na cobertura vegetal original classificada como estepe gramíneo-lenhosa, associada à

mata Ombrófila Mista com Araucária, sendo esta uma espécie símbolo da região

juntamente com a paisagem dos campos nativos.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Rambo B. 1956. A fisionomia do Rio Grande do Sul, 2ª ed, Porto Alegre, editora

Selbach, Brasil, 471p.

CEPSRM-UFRGS (Projeto de conservação da Mata Atlântica-PCMA) 2008.

Monitoramento do impacto na vegetação da área de abrangência do PCMA-RS. Centro

Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia- Universidade Federal

do Rio Grande do Sul - UFRGS: 155 p.

IBGE ( Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) 2004. Biomas Continentais do

Brasil. Mapa Temático 1:5.000.000.

Mesquita Jr. HN; Bitencourt, MD. 2003. Análise multitemporal de fragmentos de

cerrado no estado de São Paulo com sensor MODIS.

http://marte.dpi.inpe.br/sbsr/2002/11.14.34.59/doc/19_213.pdf

Andrade JB; Oliveira TS. 2004 Análise espaço-temporal do uso da terra em parte do

semi-árido cearense. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 28: 393-401.

Agradecimentos

À CAPES pela bolsa de doutorado; ao Instituto de Geociências pela infra-estrutura e ao

Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento remoto ao acesso aos dados do PCMA