ACT Publication No. 93-04

Assinaturas Espectrais Diferenciando Etapas de Successao Secundaria no

Leste Amazonico

E. F. Moran, E. S. Brondizio, P. Mausel, and Y. Li

Reprinted from: Anais do VII Simposio Brasileiro de Sensoriamento Remoto 2:202-209 (1 993)

Anthropological Center for Training and Research on Global Environmental Change Indiana University, Student Building 331, 701 E. Kirkwood Ave., 47405-71 00, U.S.A.

Phone: (81 2) 855-61 81, Fax: (81 2) 855-3000, Email: act@indiana.edu, internet: www.lndiana.edu/-act

1 Indiana University, Anthropological Center for TrPining and Research on Global Emrimntal h g e , B l d g k m , IN 47405 USA fax 812-855-3000 tel812-855-2555, Mora&ucs.Indiana 2 Indiana University, PbD Program, school of Public and En ' tnl Affairs, and Anthpological Ceater for Training and Research on Global Environmental Change, Ebm-.'lndisna 3 Remote Sessing hboratory, Dept. of Geography and Geology Indiana State University, Terre Haute, IN 47809 tel812-237-2254

Absiract. Two Landsat TM scenes, for 1985 and 1991 are analyzed, covering the 60 krn west of Altamica, Para, along the Tansamazon highway. The unsupervised classification in ERDAS (ver.7.5) followed by detailed ground- truth that included botanical and soil sampling, permitted the development of a supervised classification and spectral sigmbms capable of distinguishing between secondary growth of 0-5, 6-10, 11-15 years from adjacent forest. * 0 text0 nao contem aceatuacao por limitacoes do processador de textos.

eatre 7.25 e 12.6 tolaeladas de biomasso, pot hectare I. INTRODUCAO anualmeate (Uhl et al. 1982; Uhl1987; Gal- et al. 0 monitofammto do dcsmammato na rcgiao 1989). As &amadas pastag- degrPdndas sao amamnicatemsMvidooimportPntepapddecriar simpl- areas cheias de invasoms inicirmdo o uma alerts a d da dcvastacao dessa floiesta rica proasso de ramlonizpcao por especies nativas. em diversidade (Booth 1989; Fearnside 1982, 1985; 0 estudo de areas an regencmcao atraves de Shukh, N o h & Sellear 1990):O papel do INPE , inveataros botanicos nao e' simples, assim corn tem em parti&, foi hdamental em mudnr 0s sido a tarefa de relaciona-1- a bases geo- incentives fiscais repnsiweis pela maior parte do nfaeacisdno camo e' o caso das imagw~~ de

no period0 de 71-85. As taxas de satdites. Ate' o mommto, poucos d t a d o s tfetivos desmatammtomrmtramunmquedasi~catiwno tern sido aIcmcadoa (Woodwell et al. 1987). 0 us0 period0 desde 1988 ate' o ptesente. 0 papel de d e A V E I R R n a o p u m i t e o m o n i ~ d e t a i s monitorar as owmnchs de fog0 nao ddxa de ser dinamicaa na cobcrbm vegetal. 0 sensor MSS uma importante tarefa facilitada pel0 saw,liamcnto tamp& tern sido capaz de d ikcack c&c fl- rtmoto via satelite. virgem e floresto @bid.). Somente can a

Um aspect0 neglipnkb nesc~ tareh inclui as ~dpTMeSPOTcotetipodeanalisccamecou dinarnicas de formacas veg& subtmpcate ao a s e r c m d m u h d-to (i.e. regenenacao). A cxpuicacia de 0 estpdo da sucessao secundaria via plataformas camp0 mostra claramcnte que logo depois do orbitais,tema~cianaosommtedefocil itar -to, inicia-se o processo de succsao a amostqem no campo, mas principahmtc secundaria (Buschbacher et al. 1988; Uhl and monitorar 0s pnxesos de mudanas na cobertura Buschbacher 1985). Em um estudo de 12 fazeadas, vegetal. TaI eshrdo irrsen-se nos debates sobre o 11 delas tinham sido colonizadas por qccica aquccimeato do planeta e a ammukao de dioxide de arbonas. De a c d o corn os autores, se a area nao e' crrbonoporcasadodesmatrrrrmto(Shukla,Nobre extensa drmais, de forma que o banco de scmeates & Sellers 1990, Molion 1991). 0 c m c h n t o de uma exista em uma area proxima, e se a area nao e' florcsta, mesm, que seja secrmduia, implica a queimada in- vats, regumacao e' comum absorcao de carbow, para o nescimmto vegetal e' (Buschbachcr 1986; Buschbachn et aI. 1988). 0s portanto uma diminuicao em tal acmrmlacao. Nao fatores implicados na taxa de repncmao tern sabcmos no momento quanto carbono e M i d o por

- e m f l m c a o d a s u c e s s r , ~ incluido o numen, de anos que a a m tern sido an0 na Anmimua - abandonada, o uso da terra durante o period0 de mas trrl tanfa e' paxte da nossa pwquisa e 40, a fmpncia no uso do fogo e a fertilidadc . pretcndemw chegar a tais eshacoes num futun, inicial da term As taxas de regnaaao tem variado proximo. Tais cstimativas so sera0 possiveis pel0 us0

apropriado de imagens de satelite catibradas a0

trabalho de camp0 de forma a permitir d&acacao precise de tais mudancas na dinamia vegetal.

OBrasite'omai~fcxmtriidoremmriaaacade carbanopiovalientadodessDlrtamePtofldcom 336 toneladas amah de carbon0 (Goldanberg 1988: A9). Esta e' uma situacao mnito ncmtt. Sdati and Vose observaram em 1984 que a Bath Amaxmica era um sistcma em cquiliio, maa ja q m s d d o a i n a i s d e v i d o a a l t e r 9 c o e s ~ c a s ~ p e l o desmatamento. Neste trabalbo apresent~mas nrmltados p r e m de noaw estudo sobn a mudanca~~80datMiaenacobertrwvegdeatre 1985 e 1991 muna area ao Iongo da rodovia Traasamazonica, perto da cidade de Altamira, Para.

2. AREA DE ESTUDO A area de esta localizada no d c i p i o de Altamira, Para, na tmrr f h c do leste d m . A vegetacao dominante e' mata de cipo', com mata dmssr de flortsta pluvial. A estrada T-ca chegou a Altamira em 1971 e cortou uma area de solos difcfcnklos qae inclukam tcxra roxa estnrturPda eutmfica, igualmente que solos Iatosolos, pdmlico vtrmtlho amarclo, e latosolo vmrrelho a d o cmtrofico e distrofico. Antes da cftegada da colwizrYcao oficial em 1971,os plimeiros 18 hn ao oeste de Attamiro ja haviam sido colonizados pel0 nnmicipio nos anos 50. A colonkacao oficial seguiu o padrao conhecido como "espinh. de en dominado peh cstrada @pal e as vicinris aproxhdammba10kmdedistanci.deuumpara outra .Orrutor~pales tudouachcgada&s primeimg cohos enrn 1972 e 1974 (cf. M o m 1976, 1981, 1990). Agora, com a vrntagem da tccno1ogia&~te, eacolabomaodewmgnnde divddade de . . , tern sido possivel c 4 m U ! a r a c o ~ a s d i M m i c a s n o M o d a ~ ao Iongo do tempo. Ncsta tprefi seguimos a sugestao de M.lingnau e lhkt (1988) em tentat quantificar via d t e os proctssor de durante a etapa conhecida Como de "pastagem degrOd.daa.

3. MATERUTS E METODOS A-PIogos, g - i P f - 9 m-, e botauicos tern colnborrrdo ate o m o m atste projeto que inclui varias instituicow brasilciras e cshugciras. A peqisa comecou em 1991 corn o ~ t o d e i n m g c n s ~ T M ~ d a s n o INPE. Neste @do, a axca incIm& no d o abrangia os limites urbanos da cidade de Altamira ate o quilomctm 160 w oeste. Nesr trrrb?lho nos con^ em discutir os 60kmpara o aste de Altamira. Comaxm-se com aaalise nao supemid- em ERDAS 7.5 e sup1tmtotado cam

MuLnspEc V- de ~\mho de 1992. analises daun infomacao dm a covamra veptd, em tennos gerais. Deu-se valor puticulu as difmncas em biomassa e na uqnitetura da cobertPro vegetal.

DuasiBmgulsLandsatTMsrroutiliPldasneste trabaIho. Uma de 1985 e a outra de 1991. As iumgep8 f,, rc&das pixe1-a-pixel para compor llma imagem multi-temporal de 12 canais. Esta impgem possiiilita uma d s e multi-temporol baseadaempadmeseqccmis. Aimagnnde 1991 s o f r m c o n # a o ~ e I i c a b l s e s d n n o s ~ d ~ ~ imrpcm de 1985. Para isso foi edcoIhi& uma area de florcstadetem finne ondenao ocorrerammudancas entn os dois mos e portanto pmmmam corn, florcstamad\rrsl.

A hagem multi-tmpoml fai submctida a p atrave4 dl? uma mapP base 1:100,000 c o m p r o j ~ U T M . E s t . ~ f o i s u p l ~ c o m p o n t o g ~ n o c ~ m p o e m 1992 com uso de um GPS quc pumitiu locelizncro c x a t a n o c a m p o d e ~ d e c u n t r o 1 e p a m gaocorr#.a~. Em lrrboRtorio h a m desmvolvidas classificacoes nao s u p e m h i d de dta dimmPrn (4060clnsaes)emruerodema~wdc15,000pixels. As classea sao analisdm de sum valores CatatMcoS (mcdia, variancis co-variancjr) para ~ r c l a c i o n a d a s a s ~ d e p e g e t r a c a o e historiodeusodatemlcvantadssemcpmpo. .

Antes de uIlli clnssificscao slqxdionada sa inichh a imagem foi submetida a uma analise de s c p m c a o d e b m d a s p n a d d e t m i n n r a ~ m a i ~ . p m P r i a d L F ~ ~ ~ o s c a n a i s 2 , 3 , 4 e 5 . A s ~ s e l u x i ~ d e ~ w m a s . . ~ e s p e d a i s f o r a m s u b ~ . ~ ~ c a d o r ~ p a r a m n b a s m i m a g u n .

OspadlmespecnaisprocturirPmummOdelo espectral aplicavel em to* a tnr de A l t m h T I l b e l r r 1 ~ a ~ ~ d e c t r s e s epcmis em valons digitds medios. Tab p a h a foram kstados no camp0 e mdhomdos dcpoir & p q u i s a d e a r m p o , ~ a m r a l t a ~ c o m o s t i p o s d e c o ~ ~ . E s t e m o d e l o espectral desatvolvido em W o e vuificdo no camposerviuparaconotruirumachavede classificacaocoenntccomas~deusodatura e hmauxs vegetais da ngirro. Urn modelo espml considem tanto as cam&&icas fisicas e biologicas dasdassesde in tcres seemdacaoare f l~e ~ d e ~ e l ~ c a , ~ u a n t o f P t o r e s aUtmpic01l arvolvidw no mtnjo da vegetsrrro, tais como a tearologia lp;rapecYaria Modelagem espml ewolve de mancira geral amckrm . .

cas como: aborcao de clorofil. nos anais 'visiveis",

reflectan& do mesofilo no 'infra-vmnelho proximo", absorcao de agua e umidade no "infn- vcnnelho medio." No entanto, outros pam&ms pncisam ser incorporado9 para melhor explicar qfmncas sutis atre vegetacoes simitans. FItores como a peramtagem de cobertura do solo, emtum e densidade da vegetacao derivados de urn inventado da vegetacao in lac0 pcxmitem incorporat elementos como sombreamento e taxa de regcnmao qne sao fundamentai.9 para um melhm c a m da reflectancia e absorcro de mergia no 'infra-vermelho proximo." Nas-areas de floresta, 0 Emhmmato cria uma "rmnedilha" de energia do "hdk-vermelho proximo." Este fptor (vcr canal 4) aliado a d m do dossel e' fundamental para a difucz~ciacao da floresta deanasemmanjogMalmntecomma!os sombreamento interno (ver canal 2,3 e 5). 0 meam raciocinio pode ser utilizado na difimnciacao de difereates estagios de swmsao scam* e floresta de terra finnc (ver figuras 1 e 2).

Intenso trPbalho de camp hi condubdo am rnaio, jnnho e julho de 1992 M area de esa;ldo. Areas qmsa~tativas de cada formacao vegetal presu~te na classificacao IUUI quvkionada foram MlostrPdrs e em alguns casos modificadas no camp0 para incluir considcracocs tais como difenncrs em t i p de solo, na historia de uso da terra, e no tnnranha & area W t a d a e mauejada. Foram imrmtorhdas am total de 22 -cao floxisfica, f r cpmh, densidade, dominancio (per basal), porcentagem de cobcrtura do solo, dam do primdro galho, dtura total. Em anes de cobutura f l d , todas os indivi~comdiamecrodeacimade10cmforam inv-, llem de cspciw nao ;Irrboreas ~tesnosub-bosque.Emanasdecapoe&,todcm os individuos, rubor#, ou nao, fwrrm invdarhdos. Em paralelo, dados historicos foram colddos sobre ~ u s o d a ~ f t m ~ ~ d e s d e ~ ~ , ~ l o g i a aplicada, e tipo de mauejo. Estas inf- foram incorporadas a um b.nco de dados em Quatro Pro.

4. RE!jULTADOS As classifi- tcmaticas das imegens de 1985 e 1991 sao nas figuras 3 & 4, e as estatisticas na Tabela 2. A area aps&ada nestc t d d h o inclui 267,783 hectares nos primeiros 60 km ao oeste de Altamira. Nesta area, entre 1985 e 1991 uma area de 13.19% ou 35,267 hectares lrmdou de solo exposto para 4 0 s t i p de cob- vegetal. Aflonstrrdiminuiem7% d ~ t e o s 6 . w s , mum pauco acima de 1% p r ano-um taxa compalivel wm as taxas na Amamnia em geral. A snqmdmk area de solo exposto e' explicada pela scca scntida nessa an0 na rtgiao, na qual muitas das paslagens

mmcbanun.Asanascult iMdrseempasb gcralmentesaoareasdamaWhantesde 1985 enao repmentam areas significativas de novo *. A w n p r e s a d a ~ e ~ por obscrvacao no camp, e a dominoncio das capairasemareasdesmntrrdas.ASare~semcultiv0 sao nlativamcnte pequmas (4-6%), a3 arms em pastagem chgam ate 105, erzquanto que as areas em varias etapas de sueeappo seamdnrirr chegam a u l t n p a s s a r 2 0 % . O ~ p a l f a s c d e ~ ocomu na primeira decada e meia de colonhaam oficial. Mmtas d e g s ~ areas desmatadas w e estoo em etapas avancadas de sucesao secrmdari. e ja comecam a ter uma estrufura e biomassrr apoximada a da florcsta de cipo dohunk. Enquanto a area desmakh nesse period0 foi de 19,000 -, a area em sucessao scamdazia t o t a b u 32,000 hectaru (ver tabela 2). Algumas dessrs areas com cestcza voltma0 a0 cultivo m pasragem, mais muita!? outras colltinuacw o pmxsso de regcmcao f h s t a L

P a r a ~ c o m m a i ~ ~ a . n n I i s e , dnas sub-anas dentro da imagem foram s e l e c i b uma no Ian 23 e a outra no km 46 on Brasil Novo. As duns ueas tern sido ocupdas deade. 1971 e -tarn areas com 20 anos de ocupacao wnstank. Neatas areas, apmxhhnmtc 57% da ngiro foramdemabubate 1991. Aturlmmtemuitas d W t p s a r c a s e s t a o e m v p r j a s d a p g P d e ~

A regk perto de Agropolis-Bd Novo, no )an 46, qmsa~ta uma area de 9.0 x 7.5 km, aquanto que a area delineada perto de km 23 iepr#eat. uma areade6.0x12km. Osnsultadosdaclassificecto f o ~ m d e n t e s corn mais de 95 porcmto de

corn obsemawa no campo. Tab& ' 3 ~ a 3 ~ l e s s e s ~ t a s n o t n b . l h O . A s d a e s areas mostram padroes com bastante h i h d a d e . Florcsta nnuiura e' a classe dombntc da area, mq.runto prstagem antiga-invadida e' a daase pMcipalentreueasdrrmatadns.TaLspsstogenssa0 uma mistura de ~ c a s e varias plantas hasoxas de porte kbaceo, arbustivo e arboreo. A teiceira categoriademaiorimportanci.~cobertunveget.l . . sao capochs (iicial, h t c m d m a e avancada). Outras claPses de importancia foram a3 man formsdas, e as areas cultivadas. Rocas e pastagem em geral estao em varias etapas de inwm pela vegctacao nativa.

A a r e a d e k m 2 3 d k c a o A l ~ - I h i t 1 h t e s n maos floruta intacta (44.8%) que a area perto do hn 46, B d Novo (56.75%), devido a mais antip wlonhcao da area proxima a Altamira e o efeito sofrido pela proximidade a0 maior nuclco popuhional da re* (propti&cm com mais

ASSINATORAS ESPECTRAIS AI;TAMIRA

AS= Wetland Solo exposto Cul tivo Pasto 1-0 SS Inicial SS Interm. SS Avancada Floresta

TAB- 2 bmJDANCAS ALTAMIRA, 1985-1991

Agua Wetland Solo exposto Cultivo Pastagem SS Inicial SS Intermed. SS Avancada Floresta

TAB= 3 XUDA2X.M HA SWREGIAO, 23 ALTAMIRA 46 ALTAMIRA

1985 1991 19 85 1991 % HA % HA % HA % HA

AS= 1,79 Wetland 0,15 Solo exp. 24,99 Cultivo 3,60 Pastagem 2,18 SS Inicial 12,18 SS Inter. 8,72 SS Avan. 1,59 Floresta 44,80

ADJUSTED DIGITAL WUHBERS

"-+- WATER - WETLAND

--6--- BARE

-CROP

-x- FOREST

X - INTER. SS L

TM BANDS

ramsos para desmatar e formar pasto). Brasil Novo tambem e urn mtro h o , corn varios d m para a area nxal. 0 numero de donos que nao monun no lote e' maior no km 46, alcm disto, a pobrcza dos solos nem tracho, explica em grade parte a maim frcqw~ciadepastagensnesaaarea Estesdoisfjltons tambem cxplicam a menor pawntagem da area em lavoura branca (feijao, arroz, milho) (4.17%) comparado corn km 23 (6.53 46).

Urn dos principais intaesses desk trabdb e'o de indicar as distincoes obtidas na sucessao secundaria A classe sucessaa sccundaria inicial, describe uma area de menos de 6 anos. Tais pastas degraclados tern sido invadidos por numcrosas cspecies & arbustos e arvons. Dihmcia-se de areas de pasto limp0 pel0 maim sosnbmma~to pnseate. 0 baixo valor nos canais visiveis e alta resposta cspectral no infia- vermeIho proximo e caractaistko de varias cobertuas vegetais na rtgiao. 0s canab infiavenneihos sao muito mais baixos do que nas areas de flomta. Corn o tempo tais areas evoluem pan outra etapa de regenmica0 que chanremas de sucessao secundaria mmmab,ou de 6-10 anos. Ciuac- pel0 maim numem de especies arborcasemenormrmerodearbustivas.Aprincipd distincao desta classc e' a menor resposta cspcctral no inhi-vcrmclho medio, compand04 corn a et;lps inicial de regesleraclo. A outra etapr que tern sido possivcl distinguir e' a que descrwe wrcwsao seamdnria entre 11-15 anos. Em tal etapg a biomass0 e a rqmsta espectal nproxima-se a assinatma da flonsta iatacta, mais ainda diferrachc pela maim re'spostn espectral nos canais infra-vermelhos quando cornparado corn a floresta. Possivclmcnte esta difucnciacao seja a prindpPl contriicao deste trabalho. Quando com#.amas a p q u k muitos co legasnabotanica~grandesdwidasque sKia possivel chew a tal difcrendacao. A ana de estudo inclui alguns dos solos mais ferttis da Amazonia Em tais areas, aregmeraceo e banmais rapida do qne em areas caraderiradaP por solos pobres. NaetPpaseguintedapesquisapnteademos quantificar as taxas de reg~~emcao em pnas mais pobn e condudr uma cornparacoo meticulosa das diferencas provcnicntw das variacoes no solo, e p r o v ~ t e s d e m u d a n c a s n o ~ d e u s o d a t c r r a e no uso do fogo. Em areas pauperrimas dentro desta area eutrofica, ObSMvamos que regeneracao de 15 anos apglas tinha chegado a altura e densidade de anas de regen- de 2 anos em areas cutroficas. Portanto, os resultados deste estudo terao que calibrar o rmmtn, de anos de cada etapa ern funcab destes fatores por tras das taxas de rcgencracao obsemaveis.

5. CONCLUSOES Oaumentoemanadesraassaoseamdariaquando c o m p d a c o m a m e n o r ~ r e r d ~ n o p e r i o d o 1985 a 1991 nao indica uma maior umci~ltizacao ecologica, mais o impgcto da queda rmimxdvos fiscais e a crise d c a do pais. No passado, os inccntivos fiscais estao claramente ligdos as taxas exponemhis MI -to, e eq&ahu& a lxdmaia no credit0 pelas aplicaccus que favorcccm areas de pastagem. Muit09 colows indicaram na pesquisa de wmpo p foram mal inf& no comeco da colo&acao. Alguns indicaram que nao tinham a mennt ideia do vigor da suctssao seclmdaria ern area de florcsta amida e do custo em lavoura necessario para manter controle das hvasoras. Muitos deles estno dcixando alpmas areas pnviameste desmatadas voltanm prrra flonsta devido a falta de capital para mrmter areas grandes limpas de imrasaras.

Ousodeimage~l~desPtelitejantoaotrabg]ho& campo tem permitido sobrepassar um obstaculo rmpoaanteaomaiscuidadosomonitoreamentoda AmazoPia Corn o desenvolvimcato das ashamas espectraispara~reasdesucssao~dalianangiao de Altamira, e na area de Marajo no eganario amazcmico (va 0s dois trabaihos apsesentado5 neste simposio por Bnmdizio et al.), termw chegado a o ponto de mwitonar nao so o desmntPmmto, mais o impact0 do manqo sobre os t i p de co- vegetal, e as taxas de reg-. Tal dccimento ~t i rPembreveumabosec imt i~aome . lhor acoplamcnto do homem ao ambicntc amazonim, de forma a ndudr a probabilidadc & impactos negatives, e gem urn subsidio que possa ndudr o custo economic0 de alguns t i p de maaejo.

6. AGRADEClMENTOS 0s trababs qmscnWh foram possiveis pel0 apoio da Nationnl Science Foundation grants SES 9140526 e BNS 91-04305 ao Invcstigador principal, E.F. Moraa Li e Bronclido colaboraram no projeto coma asdstdm de pesquisa e camo park de seus eshrdos de hutorado. 08 auto= agradecem a colaboracao de Italo Claudio Falesi, Tenzinha Bastos, e Adilson Semao da Eh4BRAPNCPA'KJ-Belem pelo apoio a pesqaisa; de Lacival Marjnho e Jair da Costa da Eh4BRAPA/CPATU-Belem e de Mario Dantas da EMBIbWNCPAF-Am pel0 vaiiom tmbdho junto aos levantamcatos botanic09 efetuados na area em 1992. A nsponsabilidade das opinioes q m s d a s n e e trabalbo e' m t e dos autores e nao das fontes h c i a d ~ a ~ .

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