Anais 5º Simpósio de Geotecnologias no Pantanal, Campo Grande, MS, 22 a 26 de novembro 2014 Embrapa Informática Agropecuária/INPE, p.26 -36
Análise da transformação antrópica na Bacia Hidrográfica do Rio Diamantino – Mato Grosso, Brasil
Jéssica Cocco1 Higor Vendrame Ribeiro1 Edinéia Aparecida dos Santos Galvanin2
1 UNEMAT, Campus Universitário de Tangará da Serra Programa de Pós-Graduação em Ambiente e Sistemas de Produção Agrícola Rod. MT 358, Km 07, Jardim Aeroporto 78300000 - Tangará da Serra, MT, Brasil [email protected]; [email protected]
2 UNEMAT, Campus Universitário de Barra do Bugres Departamento de Matemática Rua A, S/n, Cohab São Raimundo, 78390000 - Barra do Bugres, MT, Brasil [email protected]
Resumo. O objetivo deste trabalho é avaliar a intensidade da transformação antrópica por meio da análise temporal do uso e cobertura da terra, para os anos de 1993, 2003 e 2013, na Bacia do Rio Diamantino – Mato Grosso. Fo- ram utilizadas imagens do satélite Landsat-5 e Landsat-8, as quais foram processadas e classificadas no software Spring, no entanto somente as cenas do Landsat 5 passaram pelo georreferenciamento. As classes temáticas foram quantificadas no software Arcgis. Além disso, no software Arcgis foi quantificado os tipos de solos da bacia, por meio do recorte do Mapa de solos do estado de Mato Grosso através da mascara de estudo. O grau de antropização foi verificado por meio do Índice de Transformação Antrópica. Foram mapeadas cinco classes, a vegetação natural, massas d’água, agricultura, pastagem e outros usos antrópicos. Os resultados evidenciam que houve alteração em todas as classes durante os 20 anos analisados, com a diminuição da vegetação natural, relacionada com o aumen- to, principalmente, da pastagem e da agricultura. Verificou-se por meio do Índice de Transformação Antrópica um aumento do grau de antropização, passando de pouco degradado em 1993 e 2003 para regular em 2013.
Palavras-chave: sensoriamento remoto, desmatamento, Pantanal.
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Abstract. This study analyzed anthropic transformation intensity and temporal analysis of the use and land cover in the Rio Diamantino basin, Mato Grosso, from 1993, 2003 and 2013. Images were used satellite Landsat-5 and landsat-8, which were processed and classified by Spring software, however only the images of the Landsat 5 were geo-referenced. The thematic classes were quantified using ArcGis software. Moreover, the types of soils in the basin were edited and quantified by clipping of the Mato Grosso soils Map by mask of study. The Anthropic Transformation Index was applied to determine the degree of anthropization of the basin. Five map classes were identified, natural vegetation, water mass, agriculture, pasture and other uses. The results indicate change in all classes during the past 20 years, primarily a decrease of natural vegetation related to an increase in in pasture and in agriculture. The Anthropic Transformation Index indicated an increase in the anthropization degree, which was classified as a little degraded class in 1993 and 2003 to regular class in 2013.
Key-words: remote sensing, deforestation, Pantanal.
1. Introdução Diamantino começou a ser ocupado em 1728 por bandeirantes paulistas. A migração para a região foi impulsionada pela descoberta da existência de ouro e diamante nos municípios de Alto Paraguai e Diamantino (Zolinger, 2002; Lira, 2011). No decorrer do tempo extrativismo mineral deixou de ser a principal fonte de renda no município. De acordo com a Seplan (2005), em 2002, cerca de 52,62% da participação do valor bruto da região refere-se à Agropecuária. O município de Diamantino encontra-se em uma região privilegiada, uma vez que se lo- caliza-se, no divisor de águas das bacias Amazônica e Platina (Lira, 2011). O Rio Diamantino localiza-se na Bacia do Alto Paraguai (Casarin, 2007) onde nasce os principais mananciais do Rio Paraguai, que converge para um importante ecossistema, o Pantanal Mato-grossense. Estudos sobre o uso da terra na Bacia Hidrográfica do Rio Diamantino são incipientes, pode-se destacar o trabalho de Casarim (2007) que analisou dos principais vetores de degrada- ção ambiental da Bacia Hidrográfica Paraguai/Diamantino, o qual apontou o garimpo, pelo revolvimento do sedimento nas margens do rios e contaminação dos rios devido o uso do mer- cúrio e o desmatamento nas matas de galeria e áreas íngremes, por comprometer o fluxo e qualidade do recurso hídrico e pela erosão do solo. A investigação sobre o uso e cobertura da terra pode ser realizada por meio de técnicas de geoprocessamento, sensoriamento remoto de imagens de satélites e pelos Sistemas de Infor- mação Geográfica (SIG) que possibilitam coletar, armazenar, transformar, processar, analisar dados de diferentes formas, devido a sua capacidade integrativa (Burrough e Mcdonnell, 1998). A quantificação do grau de transformação ambiental, o Índice de Transformação Antrópica (ITA), proposto de Lémechev (1982), adaptou-se de forma satisfatória às técnicas de geoproces- samento e monitoramento ambiental. O ITA leva em consideração o uso da terra como variável e tem apresentado muitas vantagens ao identificar e também indicar as áreas mais modificadas pelo homem, subsidiando a tomada de decisão para preservação ambiental. Diversos estudos têm sido realizados em bacias hidrografias a fim de verificar a evolução espaço-temporal do uso da terra e análise da cobertura vegetal, como o realizado por Pessoa et al. (2013) na Interbacia do Rio Paraguai Médio-MT, os resultados obtidos indicaram alterações em todas as classes temáticas durante os últimos 20 anos, com conflitos de uso da terra, princi- palmente em áreas de mata ciliar o que pode influenciar negativamente na conservação da in- terbacia e do pantanal mato-grossense, consequentemente. Deste modo, trabalhos deste gênero permitem monitorar e identificar áreas prioritárias para a preservação ambiental (Anacleto et al., 2005).
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Objetivo O objetivo deste trabalho é quantificar e analisar o nível de transformação antrópica da Bacia do Rio Diamantino, Mato Grosso por meio do ITA e da análise temporal do uso e cobertura da terra.
Material e Métodos
1.1 Área de estudo A Bacia Hidrográfica do Rio do Diamantino (BHRD) situa-se na região do médio norte do Es- tado de Mato Grosso, entre as coordenadas geográficas 14°16’30” a 14°28’30” de latitude S e 56°22’30” a 56°32’30” de longitude W. Esta Bacia é bem drenada, porém os cursos d’água são de pequena dimensão. O rio Diamantino nasce nas escarpas da serra Tapirapuã, sob a vegeta- ção de Cerradão (Casarin, 2007). A BHRD ocupa uma área de aproximadamente 17.741,87 ha (Figura 1) e compreende os Municípios de Diamantino e Alto Paraguai.
Figura 1. Mapa de localização da Bacia do Rio Diamantino, Mato Grosso - Brasil.
Procedimentos operacionais Para delimitação da Bacia do Rio Diamantino (BHRD) utilizou-se as cartas topográficas de Diamantino SD-21-Z-A-II (Brasil, 1975) e de Nortelândia SD-21-Z-A-I (Brasil, 1976), elab- oradas pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) e Superintendência do Desen- volvimento da Amazônia, na escala de 1:100.000. As cartas foram transferidas para o ArcGis, para a vetorização dos dados digitais e delimitação das Sub-bacias e exportada no formato shapefile para ser utilizado no software Spring Posteriormente realizou-se a aquisição das imagens para a análise temporal do uso e cobe-
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rtura da terra. Para tanto foram adquiridas imagens do sensor Thematic Mapper (TM) a bordo satélite Landsat 5, datadas de Janeiro e Julho de 1993 e Junho de 2003, por meio do catálogo de imagens disponíveis na Web do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Também foi utilizada a imagem do mês de Julho de 2013 do sensor Operational Land Imager (OLI) a bordo do Landsat 8, obtido no site da EarthExplorer da United States Geological Survey (USGS). Ambos os sensores apresentam órbita/ponto 227/70, com resolução espacial de 30 x 30 metros e com tempo de revisita da mesma área de 16 dias (Coelho e Correia, 2013). Destaca-se que a identificação das classes de uso e cobertura da terra para os anos de 2003 e 2013 foram realizadas utilizando as séries temporais, disponibilizados pelo Laboratório de Sensoriamento Remoto em Agricultura e Floresta (LAF/INPE), desde 2000, com os dados de índice de vegetação (EVI) e o sistema Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MO- DIS), que possibilitam distinguir os diferentes tipos de vegetação presentes em determinada região (Freitas et al., 2011; Bispo, 2013). Como não existe series temporais anteriores a 2000 (Freitas et al., 2011) a classificação de 1993 foi realizada utilizando imagens do período úmido (Janeiro). No entanto, somente as cenas do período seco de 1993, foram mapeadas evitando a confusão espectral proporcionada pelas nuvens presentes nas cenas do período chuvoso. As imagens foram processadas e analisadas no software Spring, versão 5.1.8., onde ini- cialmente foi criado um banco de dados, utilizando o sistema de coordenadas UTM, datum WGS84, na sequência fez-se o registro das imagens Landsat 5 (1993 e 2003) usando as ima- gens Geocover em formato GeoTiff, com resolução espacial de 28,5 m, de 2001, no modo tela a tela. Destaca-se que as imagens de 2013 já possuem registro. Posteriormente foi realizado o recorte da área de estudo, através da importação da máscara da BHRD na extensão shapefile. Em seguida realizou-se a segmentação da imagem, através do algoritmo de crescimento de regiões, para agrupar os pixels espectralmente semelhantes formando assim regiões homogêneas, utilizando valor de similaridade 8 e área 16 (Maurano et al., 2013). Através da metodologia proposta por Silva et al. (2011) e IBGE (2008), modificada, e da observação da imagem, foram definidas cinco classes, sendo elas: vegetação natural (florestas, savanas), agricultura (todos os tipos de agricultura: perene temporária, sistema agrosilvopasto- ril), massas d’água (considerando-se lagos, rios, lagos artificiais), pastagem (todos os tipos de pastagem) e outros usos antrópicos (nesta classe foram consideradas as manchas urbanas, sedes rurais, outras obras de engenharia e áreas de mineração). Seguiu-se com a classificação supervisionada, realizada por meio de treinamento (atividade que consiste na identificação de amostras das classes), usando o classificador de regiões Bhat- tacharrya com aceitação de 99%. Ao final do processo de classificação foi realizada uma aval- iação da exatidão por meio do índice Kappa, para verificar a confiabilidade do mapa gerado no Spring (Cohen, 1960). Foi elaborado um mapa de solo, no software ArcMap, para a BHRD uti- lizando como referência o Mapa de solos do Mato Grosso na escala de 1:250.000 da SEPLAN (2001), seguindo a classificação atualizada do Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (Embrapa, 2006). Foram realizadas visitas a área de estudo no período seco no dia 20 junho de 2014 para registros fotográficos das várias feições existentes na região e coleta de Pontos de Controle Terrestre (PCTs), para subsidiar a classificação das imagens de satélite. Por fim calculou-se o Índice de Transformação Antrópica (ITA), para a BHRD. O ITA foi proposto por Lémechev (1982, apud Mateo, 1991) com o objetivo de quantificar a pressão an- trópica sobre algum componente do meio ambiente. O ITA é calculado a partir das classes do mapa de uso e cobertura da terra. ITA = ∑(%USO× PESO) 100/
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onde: uso= área em valores percentuais da classe de uso e cobertura, peso= peso dado aos diferentes tipos de uso e cobertura quanto ao grau de alteração an- trópica. Varia de 1 a 10; onde 10 indica as maiores pressões. Por meio do método Delphi, foi atribuído o peso de acordo com a classe de uso, a partir da visão multidisciplinar de vários especialistas, que possibilita o estabelecimento do consenso sobre o peso atribuído a cada classe de uso (Schwenk e Cruz, 2008). Os pesos de cada classe de uso da terra estão dispostos na Tabela 1. Tabela 1. Classificação do ITA com os pesos de cada classe de uso da terra.
Classes de uso da terra Peso Agricultura 7,3 Massas d’ água 2 Outros usos antrópicos 9,7 Pastagem 6 Vegetação natural 1 De acordo com Cruz et al. (1998), uma das formas de classificação das bacias quanto a carga antrópica, é em relação aos quartis: Pouco degradado (0 a 2,5); Regular (2,5 a 5); Degra- dado (5 a 7,5) e Muito Degradado (7,5 a 10).
Resultados e Discussões O mapa apresentado na Figura 2 teve sua acurácia verificada pela matriz de erros, através do índice Kappa (Tabela 2). Houve confusão espectral apenas na classificação realizada para o ano de 2003, os resultados demonstram confusão espectral em relação à classe pastagem, neste caso, 0,50% dos pixels que deveriam ser atribuídos a essa classe foram atribuídos erroneamente à classe vegetação natural, houve também confusão espectral entre as classes outros usos an- trópicos e pastagem (0,83%). Para os anos de 1993 e 2013 não houve confusão espectral. Os valores do Índice Kappa encontrados neste estudo (Tabela 1) são considerados valores excelen- tes (K > 0,8) por Fonseca (2000) e Manel et al. (2001) indicando que a classificação resultante é uma representação real do uso da terra na bacia.
Tabela 2. Resultado da Classificação, pelo estimador de erro Kappa, na BHRD.
1993 2003 2013 Exatidão Global 100 99,92 100 (%) Índice Kappa (%) 100 99,73 100 Os resultados quantitativos das classes temáticas para cada ano pesquisado estão represen- tados na Tabela 3. As imagens do satélite Landsat e os levantamentos de campo permitiram identificar, mapear e quantificar cinco principais classes de uso da terra na BHRDFigura ( 2).
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Tabela 3. Classes de uso e cobertura da terra mapeadas nas imagens do satélite Landsat na BHRD. Área das classes em ha por ano Mudança em ha Classes 1993 2003 2013 1993-2003 2003-2013 Agricultura 127,91 152,38 197,81 24,47 45,43 Massas d’água 102,58 194,26 40,80 91,68 -153,46 Outros usos 281,64 358,29 346,24 76,65 -12,05 antrópicos Pastagem 1.513,94 4.676,49 6.068,78 3.162,55 1.392,29 Vegetação Natural 15.715,80 12.360,45 11.088,24 -3.355,35 -1.272,22 Total 17.741,87 17.741,87 17.741,87 ------
Figura 2. Distribuição das classes temáticas do uso da terra, na BHRD, nos anos de 1993, 2003 e 2013.
A agricultura está localizada principalmente nas porções norte da Bacia (Figura 2), obteve crescimento de 19,13% de suas áreas no ano de 2003, e de 29,81% em 2013 (Tabela 3). As massas d’água são representadas principalmente pelos afluentes do Rio Diamantino e lagoas naturais e artificiais, houve uma redução na área desta classe nos 20 anos de 60,22% (Tabela
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3). A vegetação natural no período analisado compõe principalmente as Áreas de Preservação Permanentes (APP’s) ao longo dos afluentes da bacia (Figura 2). Apresentando diminuição de 21,35% de sua área em 2003 e 10,29% em 2013 (Tabela 3). O Código Florestal ressalta que é de extrema importância a manutenção das APP’s, uma vez que apresentam como função a preservação dos recursos hídricos, da paisagem e da biodiversidade (Brasil, 2012). A classe outros usos antrópicos compreende a área urbana do município de Diamantino, localizada ao sul da bacia (Figura 2), representada pela mineração e por balneários localizados nos formadores da bacia. Essa classe apresentou um aumento de 22,93% nos últimos 20 anos (Tabela 3). A pastagem encontra-se localizada na parte sul e oeste da bacia (Figura 2) e apre- sentou aumento da área em 208,9% no ano de 2003 e de 29,77% no ano de 2013 (Tabela 3). Os resultados do uso e cobertura da terra corroboram com o levantamento realizado em 2003 por Casarin (2007) para a Bacia Paraguai/Diamantino, em que as principais atividades antrópicas na BHRD são a pecuária, agricultura e extrativismo. No entanto deve-se destacar que com a inauguração do Frigorífico bovino, no município, houve incentivo para a produção de bovinos na região. Alho (2011) revela que na porção norte da Bacia do Alto Rio Paraguai, onde se localiza a BHRD, já ocorreu à perda de cerca de 60% de sua cobertura vegetal natural, e que a agricultura (principalmente a soja) e a pecuária são predominante nesta bacia. Os resultados de solo estão apresentados na Figura 3. O Latossolo Vermelho-Amarelo é o solo mais representativo na BHRD com 49,40% localizando-se principalmente no sul da bacia, seguido pelo Latossolo Vermelho (38,60%) que apresenta-se principalmente na porção centro- norte e oeste, o solo Argissolo Vermelho-Amarelo (9,88%) localiza-se principalmente na por- ção noroeste, os Neossolos Litólicos (2,10%) apresenta-se na porção sudoeste e os Neossolos Quartzarênicos (0,03%) ocupando uma pequena porção na parte noroeste da bacia (Figura 3).
Figura 3. Distribuição dos solos presentes BHRD, Latossolo Vermelho (LV), Latossolo Ver- melho-Amerelo (LVA), Argissolo Vermelho-Amarelo (PVA), Neossolos Litólicos (RL) e Neos- solos Quartzarnicos (RQ).
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De acordo com Sousa e Lobato (2007) os Latossolos são solos porosos, profundos e bem drenados e bem permeáveis, mesmo quando muito argilosos, geralmente estão situados em rele- vo plano e suave-ondulado. Contudo apresentam baixa fertilidade e alta saturação por alumínio, representando um problema para o uso agrícola. Sendo assim, para se obter uma boa produtivi- dade nesse tipo de solo, torna-se necessário fazer a aplicação de fertilizantes químicos, matéria orgânica, minerais retirados de jazidas ou do ar (no caso da fixação biológica do nitrogênio) e correção ou calagem (Spera et al., 2000). Na Tabela 5 são apresentadas as áreas das classes de uso da terra e do cálculo do ITA.
Tabela 5. Resultados do ITA para cada tipo de uso da terra nos anos de 1993, 2003 e 2013 da BHRD. Área em % Cálculo do ITA Classes Peso 1993 2003 2013 1993 2003 2013 Agricultura 0,72 0,86 1,11 7,3 0,0526 0,0627 0,0814 Massas d’água 0,58 1,09 0,23 2 0,0116 0,0219 0,0046 Outros usos antrópicos 1,59 2,02 1,95 9,7 0,1540 0,1959 0,1893 Pastagem 8,53 26,36 34,21 6 0,5120 1,5815 2,0524 Vegetação natural 88,58 69,67 62,50 1 0,8858 0,6967 0,6250 Total 100 100 100 --- 1,6160 2,5587 2,9526
A bacia foi classificada como pouco degradada em 1993 e 2003 passando para regular em 2013, conforme os graus de antropização (Tabela 5). Esta classificação demonstra que o nível de transformação antrópica tem aumentado com o passar dos anos, principalmente nos últimos 10 anos, afetando a qualidade do ecossistema natural na BHRD. Neste estudo o principal fator que favoreceu o aumento da intensidade antrópica foi à expansão da pastagem. No trabalho de Gouveia et al. (2013) o aumento do nível do ITA de regular (4,75) em 1984 para degradado (5,88) em 2011 na Bacia do Córrego do Bezerro Vermelho em Tangará da Serra, Mato Grosso decorreu, principalmente, das atividades associadas à expansão da agricultura e consequent- emente redução da vegetação natural. De acordo com Santos (2009) a supressão da vegetação natural, causa efeitos consideráveis ao ambiente, como a diminuição da disponibilidade de recursos hídricos, perda de fertilidade dos solos, intensificação dos processos de desertificação, compactação do solo, e a eliminação de espécies (fauna e flora) que ainda não foram catalogadas, ficando desconhecidas suas poten- cialidades de utilização econômica, ecológica, medicinal, entre outras. Alho (2011) destaca outros efeitos ao ambiente, como a contaminação por pesticidas e herbicidas, por mercúrio proveniente da mineração não regulamentada, por resíduos sólidos do meio urbano, a caça ilegal, tráfico de animais selvagens, degradação do solo, falta de con- sciência na preservação do meio ambiente e a ineficiência das organizações encarregadas de fiscalizar e ampliar a legislação. Deve-se destacar que é de suma importância o monitoramento do avanço do desmatamento na BHRD, mesmo se encontrando em estado regular de degradação este estado pode ser el- evado ao longo do tempo, pois esta apresenta características pedológicas que possibilitam a expansão de atividades como agricultura e pecuária, principais causadoras da derrubada da vegetação natural.
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Além disso, a preservação da BHRD é fundamental, uma vez que esta é parte integrante de um importante bioma brasileiro, o Pantanal. O qual fornece serviços ecológicos, como: a ma- nutenção da biodiversidade, a paisagem, a oferta de água doce, pesca, ciclagem de nutrientes, que contribuem para a qualidade de vida humana (Alho, 2011). Este estudo contribui para a compreensão da magnitude do uso da terra e para mitigar os seus impactos em áreas de risco. Uma vez que os resultados podem ser incorporados em um plano de ação para conservação da BHRD e consequentemente do Pantanal.
Conclusão A metodologia utilizada neste trabalho permitiu a identificação e elaboração do mapeamento temático de cinco classes de uso da terra na BHRS (vegetação natural, pastagem, agricultura, massas d’água e outros usos antrópicos). A pastagem apresentou expansão significativa nos últimos 20 anos, em detrimento da su- pressão da vegetação natural. Os solos do tipo Latossolo Vermelho e Latossolo Vermelho-Am- arelo destacam-se com maior área na bacia. Por meio do cálculo do ITA observou-se que o nível de transformação antrópica tem au- mentado na BHRD, passando de pouco degradada em 1993 e 2003 para regular em 2013. Os resultados encontrados neste trabalho fornecem subsídios à gestão político-administrativa com perspectiva ao desenvolvimento regional.
Agradecimentos À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pelo apoio em forma de bolsa de mestrado.
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