Espacios. Vol. 36 (Nº 22) Año 2015. Pág. 11
Avaliação por meio de monitoramento aéreo de espécie de árvore biologicamente invasora – Caso da proliferação da Hovenia dulcis Thunb junto ao Cinturão Verde da cidade de Santa Cruz do Sul /RS.
Evaluation through aerial monitoring of species of biologically invasive tree - The proliferation case of Hovenia dulcis Thunb. at the green belt of the city of Santa Cruz do Sul / RS.
Douglas FETTER 1; Jair PUTZKE 2; Jorge André Ribas MORAES 3; Julio FORSTER 4
Recibido: 19/07/15 • Aprobado: 25/08/2015
Contenido
3. Apresentação do caso e discussão
4. Conclusão
Referências
RESUMO: A invasão biológica pela espécie arbórea Hovenia dulcis Thunb. (Uva-do-Japão), oriunda da Ásia, tem sido relatada na África e América do Sul, especialmente na região de Santa Cruz do Sul/RS, junto à área do cinturão verde da Cidade. Este trabalho teve como objetivo, apresentar um monitoramento aéreo de forma sistematizada e capaz de identificar a espécie de árvore invasora Hovenia dulcis, junto à extensão do cinturão verde, a fim de quantificar quanto da área já foi ocupada pela invasão da espécie arbórea e, descrever os impactos causados pela espécie Exótica junto ao quantitativo florestal do cinturão. Os dados foram coletados a partir de uma aeronave ultraleve modelo Flyer GT adaptada com câmera na posição vertical com auto correção do CG através de servos motores com placa de comando programada em linguagem Arduino. As imagens foram coletadas em diferentes períodos do ano de 2014, assim como Junho e Julho de 2015, quando as árvores de Hovenia dulcis não possuem folhas apresentando uma tonalidade acinzentada e no período de Setembro e Outubro de 2015, quando as folhas da árvore estarão jovens e com um tom verde claro. A amostragem ocorrerá por triplicata em cada período analisado, a fim de realizar um estudo estatístico em relação aos estágios de maturação da espécie, oportunizando dessa forma, apresentar dados quantitativos do cinturão já atingido pela invasão biológica Hovenia dulcis Thunb. Os dados ainda serão comparados com o quantitativo apurado, através da análise terrestre. |
ABSTRACT: Biological invasion by tree species Hovenia dulcis Thunb (Blueberry Japan), originally from Asia, has been reported in Africa and South America, especially in the region of Santa Cruz do Sul / RS, with the city's green belt area. This study aimed to develop a systematic air monitoring able to identify the species of invasive tree Hovenia dulcis, with the extension of the green belt in order to quantify how much the area had been occupied by the tree species invasion and describe the impacts caused by Exotic species with the forest quantitative belt. Data were collected from a microlight aircraft model Flyer GT fitted with camera vertically with auto correction CG through servo motors with programmed control board Arduino language. The images were collected at different times of the year, June and July, when the trees have no leaves Hovenia dulcis giving a grayish hue and the period of September and October, when the leaves of the tree are young and with a light green. Sampling will occur by triplicate in each period analyzed, in order to perform statistical analysis in relation to the species maturation stages, providing opportunities thus actual quantitative determination belt already achieved by biological invasion Hovenia dulcis Thunb. The data are also compared with accurate quantitative analysis through the earth. |
1. Introdução
O cinturão Verde de Santa Cruz do Sul é um dos grandes corredores ecológicos da região central do estado. O município de Santa Cruz do Sul situa-se no Estado do Rio Grande do Sul, na porção sul do Brasil, segundo as coordenadas geográficas 29°43'59" de latitude sul e 52°24'52" de longitude oeste, distando 155 km da capital do Estado, Porto Alegre.
Segundo Alves & Colischonn (2001), a altitude varia entre 50 e 150 metros acima do nível do mar, o clima é classificado como úmido, com temperaturas médias inferiores a 15°C nos meses de inverno e superiores a 20°C nos meses de verão.
O "Cinturão Verde" que margeia a Norte e Leste a cidade de Santa Cruz do Sul é notoriamente importante para a boa qualidade de vida dos seus cidadãos, pois proporciona entre tantos benefícios, a diminuição dos fenômenos erosivos, a beleza cênica, a manutenção do equilíbrio ecológico e térmico da cidade devido à quantidade e diversidade de vegetação (WENZEL, 2013). A figura 1 apresenta a localização do Cinturão Verde de Santa Cruz do Sul/RS.
Figura 1 – Localização do Cinturão Verde, em Santa Cruz do Sul. Fonte: PUTZKE, 2014.
A área do Cinturão Verde denota um dos últimos indícios de espécies nativas da Mata Atlântica, como Schinus terebenthifolius, Euterpe edulis e Leguminosas entre outros. Neste cenário, a introdução e o estabelecimento de espécies exóticas atuam como uma ameaça crescente de invasão biológica a este ecossistema.
Arbóreas introduzidas têm invadido muitos hábitats ao redor do mundo e causado muitos tipos de impacto a esses ecossistemas (RICHARDSON & REJMÁNEK 2011).
Oriunda do continente asiático, Hovenia dulcis é uma árvore caducifólia, muito rústica e de rápido crescimento, com flores pequenas reunidas em amplas inflorescências e, quando maduros os frutos, apresenta pedúnculos florais carnosos, os quais são adocicados, intensamente procurados pela fauna, que promove a dispersão das sementes por via ENDOZOOCÓRICA (YUN & LEE 2002, LORENZI 2003). É amplamente cultivada, com aproveitamento da madeira para fins energéticos (BACKES & IRGANG 2002). Seu hábitat de origem são florestas decíduas do leste asiático, onde apresenta elevada densidade de indivíduos e adaptação a amplas variações altitudinais (165 a 2.200 m) e térmicas (7 °C a 17 °C) (YUN & LEE 2002).
Hovenia dulcis, árvore pertencente à família Rhamnacea, originária da Ásia, ocorre naturalmente na China, Japão e Coréias. A espécie vem sendo cultivada na Argentina, Paraguai e no sul do Brasil, principalmente nas regiões de climas Cfa, Cfb e Cwa, segundo a classificação de Köppen e, de forma isolada ou em pequenos povoamentos. A espécie também é conhecida como "Uva Japão", "Tripa de Galinha", "Caju - Japonês" e "Chico - Magro" (ZENNI e ZILLER, 2011).
Considerada exótica e invasora (ZENNI e ZILLER, 2011), é uma árvore de porte médio, que atinge em média 15 metros de altura, com folhas simples de até 15 cm de comprimento conforme figura 02.
Figura 02: Hovenia dulcis Thunb, também conhecida como Uva do Japão.
Fonte: ZENNI e ZILLER, 2011.
As flores são pentâmeras, esverdeadas e pequenas e o fruto do tipo cápsula esférica. A floração ocorre na primavera - verão e a frutificação no inverno conforme figuras 03 e 04 (BACKES e IRGANG, 2004).
Figura 03 – Flores e Frutos da Hovenia dulcis.
Fonte: BACKES e IRGANG, 2004.
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Figura 04: Anatomia da folha (I), flor (II), pseudo (frutífera hastes) com sementes imaturas (III)
e pseudo (frutífera hastes) com sementes maduras (IV) de Hovenia dulcis Thunb.
Fonte: BACKES e IRGANG, 2004.
Nos ecossistemas invadidos, Hovenia dulcis foi integrada às teias alimentares, a porção carnosa de suas inflorescências foi incorporada à dieta de várias espécies da fauna (PADILHA, 2015), o que pode estar afetando a dispersão das espécies nativas na comunidade recipiente. Adicionalmente, Hovenia dulcis apresenta a produção de compostos aleloquímicos de efeitos reconhecidos (WANDSCHEER ET AL. 2011, BOENI 2011), que podem ser um mecanismo limitante ao crescimento de outras plantas nas imediações da espécie (GENTLE & DUGGIN 1997, FOY & INDERJIT 2001).
O estabelecimento de Hovenia dulcis pode estar somando um fator bastante adverso à manutenção e existência do ecossistema da Floresta Atlântica, que é um dos mais ameaçados, visto que, atualmente, restam poucos remanescentes deste no Brasil, os quais ainda estão impactados pelo uso da terra ao seu redor (LEAL & CÂMARA 2003). Além disso, muitos destes fragmentos não estão enquadrados em qualquer unidade de conservação e, entre os que estão, vários não têm plano de manejo ou estratégias eficientes de conservação implementadas.
A invasão biológica tem alterado dramaticamente o mundo natural, ameaçando comunidades e populações nativas, afetando a saúde humana e custando montantes consideráveis de recursos financeiros em manejos (GUEVITCH ET AL. 2011). A invasão biológica é considerada a segunda maior ameaça à biodiversidade (MCGEOCH ET AL. 2010), e seu entendimento é um dos principais desafios para a conservação de ecossistemas (BRADLEY ET AL. 2010).
Com o objetivo de desenvolver uma sistemática de monitoramento aéreo através da fotogrametria, capaz de identificar e quantificar espécie de árvore biologicamente invasora decorrentes da proliferação de Hovenia dulcis juntoao cinturão verde da cidade de Santa Cruz do Sul/RSfoi conduzido este estudo. Para tanto, foi escolhida uma área de Floresta Atlântica submontana apresentando vegetação secundária em estágio avançado de regeneração.
Este trabalho relata, caracteriza e discute os efeitos decorrentes da invasão por Hovenia dulcis sobre a comunidade recipiente, subsidiando informações para o direcionamento das ações de monitoramento, para quantificar a área tomada pela espécie invasora. Uma vez que, como comentado por Ziller & Zalba (2007), de modo geral, além do conhecimento da área atingida, a prevenção é a estratégia mais eficiente e econômica para enfrentar o problema da invasão biológica, visto que seus custos são menores e suas chances de sucesso são maiores, quando comparada às estratégias de controle pós-invasão.
Poder-se-ia enumerar vários objetivos da fotogrametria como método proposto, tais como: reduzir o trabalho de campo no levantamento de coordenadas de um ou vários objetos e reduzir o tempo de obtenção de tais dados. (CAPOLUPO, 2015) Entretanto, o objetivo principal da fotogrametria pode ser enunciado como a reconstrução de um espaço tridimensional, chamado de espaço objeto, a partir de imagens bidimensionais, chamadas de espaço imagem (ALTAN, 2002)
As questões que direcionaram este estudo foram: os impactos da espécie exótica Hovenia dulcis Thunb. junto ao quantitativo florestal nativo do cinturão verde da cidade de Santa Cruz do Sul. Identificar por meio de imagens aéreas o percentual invadido pela espécie exótica Hovenia dulcis Thunb. Propor o monitoramento aéreo do cinturão verde da cidade de Santa Cruz do Sul/RS, comparando a metodologia de avaliação terrestre com a proposta neste trabalho.
Este trabalho se propõe a realizar uma abordagem bibliográfica buscando os objetivos previamente declarados, utilizando também dados recentes, pois segundo Bacherlard (1934, p. 78) citado em Oliveira (2005), "O pensamento racional e o esforço de sistematização precedem o contato com a experiência, mas que a experiência sempre esclarece todas as sistematizações racionais". Dessa maneira, a teoria e a realidade se completam rumo à formulação das perspectivas que se pretende vislumbrar.
Serão realizados voos com aeronave ultraleve modelo Flyer GT, conforme figura 05, envolvendo a área do cinturão verde. O voo será realizado a uma altitude de 500 pés (152,4m), quando serão executadas fotografias e filmagens de cada setor com a vegetação e estas serão avaliadas quanto a presença de uvas japonesas (Hovenia dulcis Thunb.).
Figura 05: Ultraleve modelo Flyer GT.
Fonte: http://www.aerofree.com.br/18213-ultraleve-flyer-gt-motor-rotax-532/details.html
A figura 06, apresenta o esquema do projeto fotogramétrico e plano de vôo, adapatado de Altan, 2002 e Gillan, 2014.
Figura 06: Esquema do projeto fotogramétrico e plano de vôo.
Fonte: Adapatado de ALTAN, 2002.
Como método de análise, será utilizado a variação da coloração das folhas da Uva Japonesa dependendo do estágio de desenvolvimento.
Neste caso serão interpretados um período de Inverno (sem folhas) com amostragem em triplicata do mesmo setor, conforme figura 07. E um período de primavera (folhas jovens) com amostragem em triplicata de acordo com a figura 08.
Figura 07: Estágio de desenvolvimento Inverno.
Fonte: SHEN Y ET AL (2012).
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Figura 08: Estágio de desenvolvimento Primavera.
Fonte: SHEN Y ET AL (2012).
Os dados serão confrontados em triplicatas em ambos os períodos e analisados estatisticamente.
Para a validação da precisão do método proposto, serão comparados estatisticamente os levantamentos já realizados em meio terrestre com os dados obtidos por meio aéreo.
Para a captação das imagens será utilizado suporte mecânico desenvolvido junto ao laboratório de Desenvolvimento de Produto da UNISC, conforme figura 09.
Este suporte é controlado por servo motor com acelerômetro adaptado ao CG (Centro de Gravidade da aeronave) e placa controladora tipo Arduíno (Programação)executará a correção da câmera fotográfica em relação aos eixos X, Y e Z do percurso da aeronave, possibilitando que a câmera permaneça sempre na posição de 90° em relação ao solo.
Figura 09: Placa arduíno, servo motor e acelerômetro
para correção da câmera. Fonte: Autores (2015)
Para as atividades de levantamento serão ainda confrontados os impactos da espécie sobre o ambiente nativo e avaliado o período de ocupação da área pelos indivíduos amostrados.
Sugestões de medidas mitigadoras serão propostas, mas não testadas.
A abordagem será basicamente Quali-quantitativa do ponto de vista epistemológico, Isso vem de encontro ao que afirma Oliveira (2005), "Adotar a prática de combinar técnicas de análise quantitativa com técnicas de análise qualitativa proporciona maior nível de credibilidade e validade aos resultados da pesquisa evitando-se assim, o reducionismo por uma só opção de análise.". (p. 43-44):
Em relação ao método, este será uma combinação entre o hipotético-dedutivo e o estudo de caso. O método hipotético-dedutivo segundo Kaplan (1972) citado em Oliveira (2005, p. 57) exige que: (...) o cientista através de uma combinação de observação cuidadosa, hábil, antecipações e intuição científica, alcança um conjunto de postulados que governam os fenômenos pelos quais está interessado, daí deduz ele as consequências por meio da experimentação e, dessa maneira refuta os postulados, substituindo-os, quando necessário, por outros e assim prossegue.
Este trabalho possibilita a experimentação de dados, que serão alimentados a partir de fatos recentes e fragmentados, sendo o método descrito por Kaplan (1972) citado em Oliveira (2005), é de grande valia. Além disso, utilizar-se-á a metodologia da pesquisa ação que, segundo Cauchick et al (2010) pode ser considerada:(...) uma variação do estudo de caso, que se distingue no que tange a postura do pesquisador como um mero observador que não interfere no objeto de estudo, e já na pesquisa-ação, o indivíduo utiliza da observação participante, interferindo no objeto de forma cooperativa com os outros participantes da ação, objetivando a resolver um problema e a contribuir efetivamente para a base do conhecimento.
3.1 Evolução Cobertura vegetal Cinturão Verde
Analisando-se a cobertura vegetal do setor norte do cinturão verde de Santa Cruz do Sul, a partir das imagens do sistema Sirgas 2000 através do programa QGIS 2.4 de 2008 e 2013, percebe-se um crescimento de 10% na área de florestas no interior da área demarcada como CV em 5 anos. Isto se deve basicamente ao domínio de uva japonesa (Hovenia dulcis) que neste setor é muito abundante (Figura 10). Mas a formação está em plena regeneração, devendo ocorrer substituição das uvas-japonesas em projeto específico. Estudando-se o restante da área demarcada com imagens de satélite deste mesmo período percebe-se uma manutenção florestal e recuperação de até 5%.
Figura 10 – Imagem do setor norte do CV, com formação florestal em 2008 e 2013.
Fonte: Sistema SIRGAS 2000 – Extraído QGIS 2.8
Comparando-se mapas gerados a partir de imagens de satélite e fotos aéreas de 1976, 1999 e 2013 conforme figura 11, percebe-se uma importante regeneração florestal que é progressiva graças ao isolamento da área por marcos de concreto e conscientização dos proprietários e moradores circunvizinhos. A recuperação parte de vazios enormes em 1976 para uma cobertura quase total em 2013. Na imagem deste último ano percebe-se estrangulamentos consideráveis existindo em alguns pontos do cinturão cuja recuperação deve ser priorizada.
Figura 11 – Evolução da cobertura vegetal na área demarcada como CV
em estudo de imagem de 1976 (verde = floresta), 1999 (verde = floresta) e 2013 (azul = floresta).
Fonte: Adaptado de RODRIGUES & CAMPOS (2013)
3.2 Perfil de elevação topográfico cinturão verde
De acordo com a altitude média do cinturão verde conforme figura 12, foi possível traçar o perfil de elevação da área do cinturão verde em 2D, utilizando a plataforma do Google Earth orientada pelo sistema de coordenadas SIRGAS 2000 da plataforma QGIS 2.8.
Figura 12: Perfil de elevação do cinturão verde. Fonte: Autores, 2015 - QGIS 2.8
De acordo com o perfil de elevação é possível verificar que as altitudes variam de 58m a 235m.
Com base nos dados do perfil de elevação obtidos e conhecendo a variação da altitude do cinturão, foi possível gerar as curvas de nível a cada 1m das coordenadas do cinturão verde conforme figura 13. As curvas foram geradas através da plataforma do Software QGIS 2.8 e Global Mapper 15.
Figura 13: Curvas de nível a cada 1m - Cinturão verde de Santa Cruz do Sul. Fonte: Autores, 2015
De acordo com as curvas de nível da figura 13, e aplicação do shape da curva junto aos softwares QGIS 2.8 e Global Mapper 15, foi possível criar o perfil de elevação 3D da área do cinturão verde conforme apresentado na figura 14.
Figura 14: Perfil 3D – Relevo cinturão verde de Santa Cruz do Sul. Fonte: Autores, 2015
Com base no perfil de elevação 2D e o perfil de elevação 3D gerados, foi possível traçar uma estratégia de sobrevoo capaz de perfazer a área do cinturão a uma altitude de 500pés (152,4m) em relação ao perfil topográfico, possibilitando dessa forma a realização da fotogrametria área.
3.3 Identificação Marcos Geográficos
Para possibilitar uma ação mais efetiva quanto a realização do sobrevoo sobre a área do cinturão verde de Santa Cruz do Sul, optou-se por realizar a identificação de todos os marcos geográficos do cinturão com sua respectiva Latitude e longitude (coordenadas UTM) e sua respectiva localização, amarrando as coordenadas apontadas em GPS durante o sobrevoo.
A figura 15 apresenta os marcos referenciados junto a demarcação da área do cinturão em foto de satélite com o sistema SIRGAS 2000, modulo no software QGIS 2.8.
Figura 15: Marcos Geográficos do Cinturão verde vista em
satélite, sistema SIRGAS 2000, adaptado software QGIS 2.8.
Fonte: Autores, 2015
3.4 Caracterização das áreas de avaliação
Para a caracterização das áreas de estudo, foi necessário dividir a área de 465ha em 9 setores conforme apresentado nas figuras 16 e 17.
A figura 16, apresenta o mapa respectivo do cinturão verde, onde foram divididos os 9 setores de monitoramento.
Figura 16: Área do cinturão verde, dividida em 9 setores.
Fonte: Autores, 2015
Para melhor apresentar cada setor foi realizado sobrevoo das áreas a fim de realizar a identificação e a marcação via GPS da área identificada com seu respectivo setor.
Os dados foram então copilados e demarcados com os respectivos limites conforme os 145 marcos geográficos referenciados, limitando uma faixa de atuação para cada setor conforme pode ser observado na Figura 17.
Figura 17: Coordenadas geográficas e limites dos setores de voo.
Fonte: Autores, 2015
Com base na figura 17, e a metodologia proposta no item 2 será possível atingir os dados do quantitativo florestal tomado pela Hovenia Dulcis Thunb. no cinturão e, comparativamente, será possível validar a metodologia através dos estudos realizados de forma terrestre, conforme relatado por Borges (2015), no estudo "Levantamento fitossociológico de um fragmento florestal do cinturão verde em Santa Cruz do Sul-RS" de acordo com o apresentado na Tabela 1 abaixo.
Tabela 1 – Parâmetros fitossociológicos de um fragmento do Cinturão Verde, incluindo: Número de indivíduos (Ni), Densidade absoluta (DA), Densidade relativa (DR), Área basal (AB), Frequência absoluta (FA), Frequência relativa (FR), Dominância absoluta (DoA), Dominância relativa (DoR), Índice de valor de cobertura (IVC) e Índice de valor de importância (IVI).
Fonte: BORGES, 2015.
Com base na metodologia proposta através do monitoramento aéreo por fotogrametria, será possível obter o percentual da área invadida pela espécie arbórea invasora Hovenia dulcis junto ao cinturão verde de Santa Cruz do Sul comparando estatisticamente a metodologia proposta com o inventário realizado de forma terrestre. A sistemática proposta, além de possibilitar maior agilidade na aquisição de dados, possibilitará uma rotina de monitoramento da invasão o que permitirá relatar os impactos causados pela espécie exótica junto ao quantitativo florestal nativo do cinturão e, propor medidas mitigadoras para o controle e preservação da biodiversidade do cinturão verde.
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1. Mestrando em Tecnologia Ambiental- UNISC e Bolsista CAPES. E-mail: douglasfetter@yahoo.com
2. Doutor em Botânica – UFRGS e Professor na UNISC. E-mail:jair@unisc.br
3. Doutor em Engenharia de Produção – UFSC e Professor na UNISC. E-mail: jorge@unisc.br.
4. Mestrando em Sistemas e Processos Industriais - UNISC: forsterjulio123@hotmail.com