Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE
O bambu (Guadua sp.) mascara a sensibilidade da floresta à seca?
Wendeson Castro da Silva1
Álisson Sobrinho Maranho1
Liana Oighstein Anderson2
Irving Foster Brown1,3
1
Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Manejo de Recursos Naturais, Universidade
Federal do Acre
Caixa Postal 500 – 69.920-900 – Rio Branco, AC, Brasil
[email protected]; [email protected]
2
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE/Universidade de Oxford
Caixa Postal 515 - 12227-010 - São José dos Campos - SP, Brasil
[email protected]
3
Woods Hole Research Center/Universidade Federal do Acre
Caixa Postal 500 – 69.920-900 – Rio Branco, AC, Brasil
[email protected]
Abstract. Over the past 10 years the Amazon has experienced two extreme, droughts of 2005 and 2010. These
droughts compromised the role of the Amazon as a sink for carbon. However, some studies have reported
increased productivity (greening-up) during periods of drought. Here, we evaluate the enhanced vegetation index
(EVI) on a timescale of 10 years (2001-2010) in two permanent plots that were affected by the 2005 drought,
one dominated by bamboo (Guadua spp.) (DOI-02) and one without bamboo (DOI-01). Specifically, we
investigated: [1] if the EVI average over ten years of dry months (July to September) differed between DOI-01
and DOI-02, and [2] if the dry months of EVI (July to September) of 2005 and 2010 differ from these plots. We
used multitemporal data (2001-2010) from the MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) and
processed the images using ENVI software 4.3. For each plot we analyzed a pixel of 250 x 250 m. The EVI
average dry months differed significantly (ANOVA F = 71.4, p = 0.000) between DOI-01 (0.52 ± 0.00) and
DOI-02 (0.57 ± 0.00). The EVI average dry months in 2005 (ANOVA: F = 4.15, p = .00772) was higher in DOI02 (0.57 ± 0.007) than in DOI-01 (0.53 ± 0.007). This same pattern was observed in 2010 (ANOVA: F = 7.14, p
= 0.008), where the average dry months EVI was higher in DOI-02 (0.61 ± 0.01) than in DOI-01 (0.54 ± 0.01).
These results show that the dry months of EVI over the ten years and in 2005 and 2010 was higher in the plot
dominated by bamboo (DOI-02), where there was greater change in biomass and high mortality rate in 2005.
Although the results shown here are not analyzed in a large spatial scale, they indicate that bamboo can mask the
signal EVI forest in the dry season.
Palavras-chave: EVI, fenologia, precipitação, Seca , phenology, rainfall, 2005 drought, 2010 drought.
1830
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1. Introdução
A Floresta Amazônica desempenha papel crucial no clima regional e global (ver Malhi
et al., 2008; Phillips et al., 2009; Arraut et al., 2012). Através da fotossíntese e da respiração
ela processa cerca de duas vezes mais a taxa de emissão de carbono causada por combustíveis
fósseis (Phillips et al., 2009). Na última década, dois eventos extremos, as secas severas de
2005 e 2010, comprometaram o papel de sumidouro desse ecossistema (Phillips et al., 2009;
Lewis et al., 2011). No entanto, alguns estudos usando índices de vegetação têm mostrado
aumento na produtividade (greening-up) durante picos de seca na Amazônia (ver Saleska et
al., 2007; Huete et al., 2006; Anderson et al., 2010). Esta questão controversa tem gerado um
fervoroso debate pautado tanto em questões metodológicas quanto na variação espacial e
intensidade da resposta dos índices (Anderson et al., 2010). Esta variação espacial na resposta
dos índices sugere que algumas regiões podem ser mais ou menos resilientes do que outras.
Phillips et al. (2009), mostraram que a Amazônia é sensível à seca. Estima-se que a
seca de 2005 teve um impacto total na biomassa de carbono de 1.2-1.6 Pg (Phillips et al.,
2009) e a seca de 2010 de 2.2 Pg (Lewis et al., 2011). Estas secas, afetaram
consideravelmente a região sudoeste da Amazônia (ver Lewis et al., 2011), onde as florestas
dominadas por bambu (Guadua spp.) cobrem cerca de 165.000 km2 (Smith e Nelson, 2011),
tornando as florestas mais suscetíveis à ocorrência de fogo (Aragão et al., 2007; Marengo et
al., 2008). Estas florestas são consideradas uma formação florestal incomum na Amazônia e
diferem em aspectos estrururais e florísticas de outras florestas sem bambu da região (Torezan
e Silveira 2000, Nelson et al., 2001; Silveira 2005, Griscom e Ashton 2003, 2006; Griscom et
al. 2007). Estes bambus além de suprimirem o recrutamento arbóreo de árvores com DAP
(diâmetro à altura do peito) entre 5-30 cm (Griscom e Ashton, 2006), caracterizado pelo
hábito semiescandente (Silveira 2005, Griscom e Ashton 2003, 2006), possuem a capacidade
de reter água nos internódios durante a estação seca (Conover, 1994), permitindo que os
mesmos mantenham a produtividade durante o ano inteiro.
Mudanças estruturais na floresta, como a perda de folhas (Nepstad et al., 2007),
reduzindo a heterogeneidade do dossel e o decréscimo em sombra causada pelas árvores
emergentes, durante a estação seca de 2005 (Anderson et al., 2010) têm sido atribuídas à
anomalias positivas em EVI no mesmo período. Contudo, outros elementos da vegetação,
como o bambu, podem ter importante participação nesse processo, devido ao seu regime de
distúrbio (Silveira 2005, Griscom e Ashton 2003, 2006), capacidade de acumular água
(Conover 1994) e apresentar crescimento durante o ano inteiro (Silveira, 2005). Nesse
sentido, especulamos que o bambu pode estar mascarando possíveis sinais de EVI na estação
seca no sudoeste da Amazônia, em contraste com mudanças no fluxo de biomassa acima do
solo (Phillips et al., 2009) e anomalias positivas na taxa de mortalidade arbórea (Anderson et
al., 2010).
Assim, com base em dados reportados por Phillips et al. (2009) e Anderson et al.
(2010), nós selecionamos duas parcelas parcelas (DOI-01 e DOI-02), uma dominada por
bambu (“bambu”) e outra sem bambu (“não-bambu”) e avaliamos dados multitemporais do
sensor MODIS. Especificamente, nós investigamos: [1] se o EVI médio de meses secos (julho
a setembro) dfiferiram entre as parcelas de 2001-2010 e; [2] se o EVI de meses secos de 2005
e 2010 diferiram entre estas parcelas.
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2. Metodologia de Trabalho
Imagens do sensor MODIS
Neste estudo, utilizamos uma série histórica de imagens do sensor MODIS (Moderate
Resolution Imaging Spectroradiometer) produto C5 de 2001 a 2010, com resolução espacial
de 250 x 250 m, disponibilizadas a cada 16 dias. Estas imagens foram processadas através do
software ENVI 4.3 para obtenção do índice de vegetação melhorado (Enhanced Vegetation
Index – EVI).
Seleção das parcelas e análises EVI
Nós selecionamos duas parcelas que foram afetadas pela seca de 2005, conforme
reportado em Phillips et al. (2009). Estas parcelas diferem entre si quanto a dominância de
bambu (Guadua sp.). A parcela sem bambu será denominada aqui de “DOI-01” e a parcela
dominada por bambu de “DOI-02” (Figura 1). Com base nos dados de Phillips et al. (2009),
“DOI-02” apresentou valor maior de mudança na biomassa em 2005 em relação a “DOI-01”.
Em cada uma dessas parcelas nós usamos um pixel de 250 x 250 m e avaliamos o EVI
ao longo de uma série temporal de 10 anos.
Figura 1. Localização dos pontos de obtenção dos pixels, correspondentes a DOI-01 e DOI02. Sudoeste da Amazônia, Acre, Brasil.
Definição de meses secos
A região onde está localizada as parcelas possui uma estação seca bem definida com
três meses secos com precipitação inferior a 50 mm e quatro meses com precipitação inferior
a 100 mm (Sombroek, 2001). Assim, com base em Sombroek (2001), nós consideramos
meses secos entre julho a setembro, com valores de precipitação inferior a 100 mm.
Adicionalmente, nós também consideramos para definição dos meses secos uma séria
histórica diária de 2001-2010 disponibilizadas pelo Instituto Nacional de Meteorologia
(INMET), da estação automática Rio Branco (Código INMET: A104 Código OMM: 81965
Lat: -9.96, Lon: -68.17) (Figura 2).
1832
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
JAN
JUN
NOV
ABR
SET
FEV
JUL
DEZ
MAI
OUT
MAR
AGO
JAN
JUN
NOV
ABR
SET
FEV
JUL
DEZ
MAI
OUT
MAR
AGO
Precipitação (mm)
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2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Figura 2. Totais mensais de chuva em Rio Branco, Acre. Fonte: INMET (2012)
Análises
Para investigar se o EVI dos meses secos diferiu ao longo dos dez anos e nas secas de
2005 e 2010, nós usamos uma ANOVA one-way para testar a diferença entre a parcela com
bambu e sem bambu.
3. Resultados e Discussão
O EVI médio de meses secos de 2001-2010 diferiu significativamente (Anova F=71.4,
p=0.000) entre DOI-01(0.52±0.00) e DOI-02 (0.57±0.00) (Figura 3), mostrando que durante
os dez anos o EVI foi maior na parcela dominada por bambu. O EVI médio dos meses secos
em 2005 (Anova: F=15.4, p=.00772) foi maior em DOI-02 (0.57±0.007) do que em DOI-01
(0.53±0.007) (Figura 4). Este mesmo padrão foi observado em 2010 (Anova: F=14.7,
p=0.008), onde o EVI médio dos meses secos foi maior em DOI-02 (0.61±0.01) do que em
DOI-01 (0.54±0.01) (Figura 4), mostrando que o EVI médio durante a estação seca tanto em
2005 quanto em 2010 foi maior na parcela dominada por bambu (DOI-02).
1833
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0.60
0.59
0.58
0.57
EVI
0.56
0.55
0.54
0.53
0.52
0.51
DOI1
DOI2
Figura 3. EVI médio de meses secos de EVI durante dez anos (2001-2010) para DOI-1 (sem
bambu) e DOI-2 (bambu). Sudoeste da Amazônia, Acre, Brasil.
Os resultados apresentados aqui mostram que o EVI é maior em DOI-02 quando
comparado a DOI-01. No entanto, Phillips et al. (2009), mostraram que pré-2005 o valor
absoluto da mudança na biomassa em DOI-02 (1.021 Mg ha-1 a-1, Phillips et al. 2009) foi
menor que DOI-01 (2.011 Mg ha-1 a-1 Phillips et al. 2009) e em 2005 essa mundaça na
biomassa tanto para DOI-01[-1.310 Mg ha-1 a-1, Phillips et al. 2009] quanto para DOI-02 [2.472 Mg ha-1 a-1, Phillips et al. 2009] foi negativa, mostrando que a biomassa diminuiu em
relação a pré-2005. Anderson et al. (2010), mostrou que áreas com anomalias positivas de
EVI apresentaram a maior mortalidade arbórea em 2005.
2005
0.61
2010
0.66
0.60
0.64
0.59
0.62
0.58
0.60
0.57
0.58
0.55
0.56
EVI
EVI
0.56
0.54
0.54
0.53
0.52
0.52
0.50
0.51
0.50
DOI1
0.48
DOI2
DOI1
DOI2
Figura 4. EVI médio de meses secos para DOI-01 e DOI-02 em 2005 e 2010. Sudoeste da
Amazônia, Acre, Brasil.
1834
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Anderson et al. (2010) sugere que o efeito combinado de árvores mortas e de árvores
que perdem as folhas podem reduzir a hetereogeneidade da reflectância do dossel, diminuindo
o efeito de sombra de árvores mais altas, resultando numa resposta do EVI oposta ao que se
observa. Além disto, com base tanto nos resultados mostrados aqui quanto nessa hipótese
proposta por Anderson et al. (2010) e considerando que o bambu pode manter a produtividade
durante a estação seca, nós especulamos que em florestas com bambu o sinal do EVI pode ser
mascarado por uma resposta do bambu. Silveira (2005), observou que o incremento mensal
em altura do bambu durante a estação seca pode ser de 1,2 m. Este incremento deve estar
relacionado ao acúmulo de água preveniente da estação chuvosa (Silveira, 2005).
4. Conclusões
Com base nos resultados apresentados aqui podemos concluir que o EVI na estação
seca (julho a setembro) foi maior na parcela dominada por bambu (DOI-02), onde a mudança
na biomassa (Phillips et al. 2009) e mortalidade arbórea (Anderson et al., 2010) foi maior em
2005. Embora, os dados aqui não sejam analisados numa escala espacial ampla, eles indicam
que o bambu pode mascarar o sinal do EVI durante a estação seca. Portanto, sugerimos que
estudos vindouros busquem considerar o tipo de formação florestal, principalmente, em
Florestas abertas com bambu e Florestas abertas com Palmeiras, pois estas formações
dominadas por bambu e palmeiras no dossel podem mascarar a resiliência da floresta à seca.
Agradecimentos
À Coordenação de Aperfeiçoamento Pessoal pela bolsa concedida ao primeiro autor e
ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) ao segundo
autor. Ao Programa Nacional de Cooperação Acadêmica (Procad) da CAPES.
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Silva, J.; Silveira, M.; Thomas, A. S.; Ter Steege, H.; Stropp, J.; Vásquez, R.; Zelazowski, P.;
Dávila, E. A.; Andelman, S.; Andrade, A.; Chao, K. J.; Erwin, T.; Fiore, A.; Honorio, E. C.;
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