MODELAGEM DE DINÂMICA DE PAISAGEM:

FERRAMENTA DE APOIO AO ZEE

William Leles Souza Costa

Seminário

ZONEAMENTO ECOLÓGICO-ECONÔMICO

BASE PARA O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL DO ESTADO DE SÃO PAULO

2011

A PAISAGEM

t

Estrutura, função e mudanças

Arranjo de formas de relevo,

ecossistemas, usos do solo em

constante alteração por processos

atuando em diferentes escalas de

tempo.

Abordagem horizontal e

implicações funcionais.

Forman & Godron 1986

Modelo e modelagem

Representação da paisagem através de

modelos espaço-temporais

Espacialmente explícito

PARADIGMAS DOS MODELOS DE SIMULAÇÃO DE

DINÂMICA DE PAISAGEM

Baseados em processos

Baseados em indivíduos

Baseados em autômatos celulares

A MODELAGEM EM SUPORTE DE DECISÃO

Qualquer planejamento que não envolva o fator tempo está sujeito ao fracasso.

Gestão: Desenho, simulação e monitoramento

Intervenção

Informação

SimulaçãoConhecimento

Estudos climáticos, hidrologia, oceanografia

Estudos de biodiversidade (Distribuição de

espécies)

Dinâmica de paisagem: vegetação, fogo, uso da

terra e desmatamento.

Rentabilidade de uso da terra e de florestas

PRINCIPAIS CLASSES DE MODELOS DISPONÍVEIS HOJE

A tendência no futuro é fundir os vários tipos de modelos de modo a obter uma visão integrada.

Objetivo: Predição de impactos, rendas potencias do uso da terra, e quantificação de serviços ambientais (forte viés econômico)

Custos de oportunidade =

Pecuária

Lucro de atividades sustentáveis

(castanha do Brasil, seringa, madeira, etc.)

Exploração de madeira não sustentável

Agricultura

A PRODUTIVIDADE E RENTABILIDADE DO CULTIVO DE

CANA-DE-AÇÚCAR PARA A REGIÃO MAP

Através deste estudo, avaliamos o potencial do cultivo de cana-de-açúcar para a

Região MAP em termos de produtividade e rentabilidade econômica da atividade ao

fornecedor do produto.

Distribuição espacial da rentabilidade para o cultivo da cana-de-açúcar na Região MAP.

As estimativas de rentabilidade dacana-de-açúcar poderão,futuramente, ajudar a compor ocálculo do custo de oportunidadeda redução das emissões decarbono através da redução dodesmatamento e degradaçãoflorestal (REDD).

DINÂMICA DEMOGRÁFICA DA REGIÃO MAPDentre os fatores que determinam o desmatamento da região MAP, o alto crescimento populacional

consequente dos processos de colonização espontânea, é apontado. Visto que a região se encontra na rota

de empreendimentos de grande porte, como rodovias e hidrelétricas que promovem grandes intervenções e

incentivam a ocupação regional, torna-se também alta a probabilidade de continuidade desse acelerado

crescimento populacional. Como as suposições sobre a evolução demográfica da região MAP constitui a

base para a compreensão e avaliação dos impactos do desenvolvimento socioeconômico na conservação

de seu capital natural, realizamos nesse trabalho estimativas populacionais a partir das projeções das

principais componentes da dinâmica demográfica (mortalidade, fecundidade e migração) das subáreas

dessa região (Madre de Dios, Acre e Pando). Através da metodologia do “Apportionment Method” (AIBI) e da

plataforma de sistemas dinâmicos Vensim, criamos estimativas da população residente por situação de

domicílio (rural e urbano) e as projeções dos principais indicadores demográficos. Os resultados inferem que

apesar da redução da taxa de crescimento populacional ao longo dos 60 anos para os quais foi

implementado o modelo, a região ainda apresenta um crescimento considerável, incrementado

principalmente pelos imigrantes.

Taxa de crescimento populacional da

Região MAP e subáreas

População total, urbana e rural da Região MAP e subáreas Número de migrantes, nascimentos e óbitos das subáreas da região MAP

A RENTABILIDADE DA EXPLORAÇÃO SUSTENTÁVEL DE

MADEIRA COMERCIAL EM MADRE DE DIOS, PERU

Estimamos que o Departamento de Madre de Dios possua 68 milhões de m³ de

madeira comercial. Parte desse capital florestal estaria sendo desvalorizado devido

à baixa cobrança dos Taxa de Exploração Madeireira (TEM).

As rendas florestais proporcionadas pelo DAF poderiam chegar a US$13 milhões

por ano ao definir adequadamente o preço do Direito de Aproveitamento Florestal

(DAF) ou royalties . Além disso, em 30 anos, a exploração sustentável de madeira

poderia aumentar em até 3 vezes, sem afetar as áreas destinadas a conservação.

Valor da madeira em pé em Madre de Dios

para a extração sustentável de tábuas

(acima) e de troncos (abaixo

Madre de Dios e os principais usos da terra.

O valor atual líquido das rendas

desta produção representaria um

total máximo de US$ 422 milhões.

Maiores rendas para o Governo

Regional de Madre de Deus,

provenientes das rendas florestais,

poderiam ser investidas em

serviços públicos para as

populações que habitam as

florestas de Madre de Deus.

A RENTABILIDADE DA PECUÁRIA BOVINA EM MADRE DE

DIOS - PERUA pecuária em Madre de Dios é desenvolvida pelas comunidades campesinas e constitui-se como uma atividade

pouco promovida na região com participação de apenas 3.2% no PIB do departamento.

A falta de investimentos direcionados para o setor agropecuário criou um cenário de atraso generalizado na zona

rural o que reflete em baixos índices de produtividade e rentabilidade dos pequenos colonos.

Nesse trabalho avaliamos a rentabilidade da pecuária bovina para Madre de Dios, a fim de colaborar com dados

estratégicos para formulação de políticas públicas agrárias que conciliem desenvolvimento socioeconômico no

campo com pressupostos de governança ambiental. A partir de um modelo espacialmente explícito calculamos a

rentabilidade para um horizonte de 30 anos, alcançando em média valor máximo de US$ 20 ha-1.ano-1 e valor

presente liquido máximo de US$ 120 ha-1.

Valor presente líquido da pecuária bovina em Madre de Dios, (30 anos; 7.35%)

Rentabilidade média de Madre de Dios ao longo dos 30 anos do modelo.

O VALOR DE USO DE FLORESTAS DE PANDO, BOLÍVIA:

UMA ANÁLISE ECONÔMICA-ESPACIAL DA EXPLORAÇÃO

FLORESTALEstimamos que o Departamento de Pando tem com 43 milhões de m³ de madeira comercial.

Parte deste capital florestal estaria desvalorizado devido a baixa cobrança dos Direitos de Exploração Florestal

(DEF).

Em 30 anos, a exploração sustentável de madeira poderia aumentas em até 3.8 vezes, sem afetar a Reserva

Natural Manuripi. O valor atual líquido do lucro desta produção representaria um máximo de US$168 milhões.

O aumento de rendas para o Governo de Pando poderia ser investido em serviços públicos para as populações

que vivem nas florestas da região.

Rentabilidade florestal em 2010

Rentabilidade florestal em 2040 (C1)

Rentabilidade florestal em 2040 (C2)

A RENTABILIDADE DA CASTANHA DO BRASIL NO ESTADO

DO ACREA castanha do Brasil (Bertholletia excelsa) destaca-se como principal produto extrativista do estado do Acre,

sendo uma atividade econômica compatível com o desenvolvimento sustentável e estratégica para a preservação

da floresta.

Neste trabalho, avaliamos o potencial econômico da extração e comercialização da castanha do Brasil para o

Acre, com base no extrativista (usuário da terra), sob diferentes cenários de preços e manejos, através de um

modelo espacialmente explícito. As rentabilidades potenciais anuais variaram de R$560 mil a R$14.570 milhões,

de acordo com os cenários assumidos, o que representaria um retorno aproximado de até R$ 7,28 por hectare

para o cenário mais rentável

Áreas produtoras de castanha do Brasil no Acre

Rentabilidade potencial da exploração da

castanha– Cenário COC

A RENTABILIDADE DA EXTRAÇÃO DE LÁTEX DE

SERINGUEIRA NO ESTADO DO ACRE

A fim de avaliar a rentabilidade dos três produtos de látex de seringa (natural coagulada, látex natural líquido e

folha difumada líquida), foi elaborado um modelo explícito espacial para a região do Alto e Baixo Acre, Brasil.

A rentabilidade máxima encontrada foi de R$5.8/há para folha defumada líquida do ciclo produtivo parcial e com

subsídios.

Os resultados confirmam que o subsídio é fundamental para a sustentabilidade da atividade extrativista da região,

e, além disso, é necessário melhorar as condições de infraestrutura e promover o desenvolvimento tecnológico

para a obtenção de uma maior produtividade.

Mapa de produtividade (kg/ha). Rentabilidade média da extração de látex de seringueira dos três produtos no

cenário de ciclo produtivo parcial com subsídio para as cidades que constituem a

área de estudo.

A RENTABILIDADE DA CASTANHA DO BRASIL EM MADRE

DE DIOS, PERU

As emissões por desmatamento de florestas tropicais são responsáveis por ≈15% das emissões globais de CO2.

Visando reverter esse quadro, projetos REDD buscam fornecer incentivos econômicos a países em

desenvolvimento que Reduzam suas Emissões de CO2 de Desmatamento e Degradação florestal (REDD). Os

recursos provenientes de projetos REDD poderiam ser investidos, por exemplo, nas cadeias produtivas da

castanha-do-brasil, diminuindo os gargalos da produção e infra-estrutura e fortalecendo as comunidades rurais.

Para mensuração destes benefícios adicionais faz-se necessária a realização de diagnósticos e estimativas de

rentabilidade para as áreas de exploração.

Concessões de castanha em Madre de

Dios Rentabilidade simulada da Castanha-do-

brasil

A RENTABILIDADE DA CASTANHA DO BRASIL EM PANDO,

BOLÍVIADesenvolvemos um modelo espacialmente explícito da rentabilidade da produção de castanha para avaliar a

produtividade e as rendas potenciais das regiões produtoras no departamento de Pando, Bolívia, sob três

cenários de posse da terra, organização de trabalho e manejo.

Estimou-se uma produção média anual de 122,7 ± 28,5 mil toneladas de castanha com rentabilidade potencial

anual (preços de 2008) de US$0,37 ± 0,09 ha-1.ano-1 para castanha coletada em propriedades privadas (barracas)

a US$22,57 ± 5,24 ha-1.ano-1 para castanha certificada oriunda de comunidades camponesas.

Áreas produtoras de castanha do brasil no departamento de Pando com localização

das três áreas amostradas (1 – Comunidade Campeones; 2 – Comunidade Sacríficio

e 3 – Reserva Manuripe)

Rentabilidade potencial da exploração da castanha– Cenário

COC

Principais exportadores de castanha processada ou descascada (3).

A RENTABILIDADE DA EXPLORAÇÃO SUSTENTÁVEL DE

MADEIRA NO ESTADO DO ACRE

A extração sustentável de madeira no estado do Acre pode significar uma oportunidade de conciliar o

desenvolvimento econômico com a conservação.

Estimamos que no Acre há 150 milhões de metros cúbicos de madeira comercial, dos quais, 73 milhões

retornariam rendas positivas aos proprietários das terras do estado em forma de vantagens ao conceder

concessões para a extração de madeira.

Descobrimos que o valor atual líquido da renda média equivale a aproximadamente 40 US$/há. Essa renda

poderia representar um importante argumento na gestão sustentável das florestas do estado e contribuir com a

conservação da floresta em pé.

Mapa de rentabilidade da extração de madeira no estado do Acre

A RENTABILIDADE DO CULTIVO DA SOJA NA REGIÃO MAP

Para estimar a rentabilidade da cultura da soja, aplicamos um modelo interdisciplinar baseado no clima, solos e

variáveis econômicas . O modelo é composto por um módulo de produtividade que integra os principais

determinantes climáticos, edáficos e econômicos para a cultura de soja na Amazônia.

Acoplado ao componente da produtividade está um módulo de rentabilidade que desconta os custos de produção

da soja (por exemplo, investimentos em fertilizantes e custos de crédito) e transporte para os portos de

exportação, do preço de venda de mercado. O resultado é então multiplicado pela produção por hectare obtida

como saída do modelo de produtividade.

Rentabilidade espacial do cultivo de soja na Região MAP sob cenários de pavimentação de rodovias e construção da hidrovia do Rio

Madeira.

IMPACTOS HIDROLÓGICOS DO DESMATAMENTO SOBRE AS

BACIAS DA REGIÃO MAPA região MAP abrange uma área na qual se encontram as cabeceiras de importantes rios como o Juruá, Purus e

Madre de Dios.

O desmatamento na Amazônia poderá produzir significativos impactos sobre os recursos hídricos nessa região.

Estimamos que as vazões nos rios Juruá e Purus poderiam se reduzir entre 17 e 20% e a época seca se

estenderia por até um mês a mais com avanço do desmatamento sob o cenário BAU.

A precipitação se reduziria em média 15% nas bacias do Juruá e Purus e 10% na bacia do Madeira. Essa redução

poderia ser superior a 30% no final da época seca nas bacias de Juruá e Purus.

Bacias hidrográficas da região MAP Relação entre área desmatada na floresta Amazônica e

mudanças na precipitação média nas três bacias em

estudo.

Mudanças na precipitação de acordo com as diferentes épocas do ano

REGIMES DE FOGO INDUZIDOS PELA FRAGMENTAÇÃO

FLORESTAL E MUDANÇAS CLIMÁTICAS: IMPLICAÇÕES

PARA O BALANÇO DE CARBONO NA REGIÃO MAPNa última década o número de incêndios florestais aumentou significativamente na região MAP como

conseqüência não somente de mudanças econômicas e demográficas, mas também devido a eventos extremos

de secas, tais como os ocorridos em 2005 e 2010.

No futuro, a continuidade do desmatamento somada a um clima mais quente pode aumentar a ocorrência de

incêndios florestais em 76% na região MAP, resultando em 4.390 milhões de toneladas de CO2 emitidas para a

atmosfera até 2050, valor que corresponde a 30% do carbono atualmente armazenamento em florestas da região

MAP.

Os resultados apontam a necessidade de desenvolver um programa de prevenção de incêndios para controlar o

uso do fogo como prática de manejo da terra, caso contrário, os serviços ambientais podem estar ameaçados no

futuro.

a) Densidade de Kernel dos focos de calor para 2005; b)

cicatrizes de incêndios florestais ocorridos em 2005 mapeados

por Lima et al. (2009); c) Incêndios florestais simulados para o

ano de 2005

A RENTABILIDADE DA PECUÁRIA

BOVINA NO DEPARTAMENTO DE

PANDO, BOLÍVIA

Valor Presente Líquido, para 30 anos da

atividade, para pequenos (A) e grandes (B)

produtores

Evolução da rentabilidade média anual da pecuária bovina em Pando,

para 30 anos da atividade, para pequenos (A) e grandes (B) produtores

A pecuária bovina do Departamento de Pando é

incipiente, mas é uma atividade em crescimento,

geralmente ocorrendo associada a outras atividades,

como a agricultura e o extrativismo florestal.

Com o objetivo de proporcionar ao Governo de Pando

dados estratégicos para uma gestão sustentável da

atividade foi adaptado para o Departamento um

modelo para o cálculo da rentabilidade espacial da

pecuária bovina, em passos anuais para um período

de 30 anos.

Foram considerados dois cenários com distintas

dimensões de propriedade, minifúndios e latifúndios.

O valor presente líquido para um período de 30 anos

apresentou valores máximos de R$260/ha para a

simulação em minifúndios e R$560/ha para grandes

propriedades.

CONCILIANDO EXPANSÃO AGRÍCOLA E CONSERVAÇÃO

DE FLORESTAS NO BRASIL

Bowman, Soares-Filho et al., Land Use Policy et al. 2011

RESULTADOS DE

SIMBRASIL

Brasil pode expandir em

até 50% suas culturas

ao mesmo tempo que

restaura grande parte

do passivo ambiental,

bastando para isso

intensificar a pecuária

de 1.1 para 1.5 cabeças

de gado por hectare.

Gouvello, Soares-Filho

et al. Brazil Low Carbon

Case Study. WorldBank

report, 2010

A geografia da intensificação

Há conexão entre os esforços de

conservação e produção agrícola.

E isto, em parte, explica, o embate em

torno do Código Florestal

ANÁLISE SOBRE O CÓDIGO FLORESTAL

Análise de + de 160 mil microbacias

ANA – 12

≈ 5000 ha

60 metros de resolução espacial (30

metros de cada lado do rio para cobrir

APPs

Integração de uma gigantesca base de dados

Áreas não contabilizadas

Rem

Remanescentes

Mapa por microbacia

Minas Gerais

Resultados

Passivo ≈ 55±15 M ha

Ativo ≈ 104±15 M ha

Compensação

entre bacias?

Potencial de sequestro de carbono

• Mapa de

biomassa da

vegetação

original:

• Potencial por

micro bacia

Algumas contas simples

• Passivo = 5.9 G tons de carbono

• Ativo = 6.6 G tons de carbono

• Áreas protegidas ≈> 30 G tons de carbono

• 5.9 Gtons x 3.666 x US$10 = US$ 216

Bilhões / 55 milhões de ha

• US$ 3 a 4 mil por ha

• Paga-se até o alto custo de restauro

Viabilização

• Projetos de sequestro de carbono para restauração florestal (PSA).

• Reserva legal com enriquecimento de espécies madeireiras (cultura

florestal)

• Mercado de compensação de terras florestadas

Mas como fica a agricultura?

• Necessidade de aumento de produtividade

• Necessidade de expansão

• Necessidade de intensificação

• O que existe de terras aptas disponíveis para

agricultura sem haver conversão de vegetação

nativa?

Estudo de Baixo Carbono para o Brasil

Banco Mundial

remanescente &

impedimento

remanescente &

sem impedimento

desmatado &

impedimento

desmatado &

sem impedimento

Área

plantada

Bioma

área

potencial

(gado)

Intensificação?

Impedimento X Uso da terra

Análise de áreas

aptas

Área ocupada pela

agropecuária =250 M ha

Agricultura = 57 M ha

Pastagens = 193 M ha

Resultados

9 1729

3759

3217

69

137

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Amazônia Cerrado Mata Atlântica

Milh

ões h

ecta

ress

Floresta com impedimento

Savana com impedimento

Vegetação Secundária com impedimento

Floresta sem impedimento

Savana sem impedimento

Vegetação Secundária sem impedimento

Pecuária (Pastagem) sem impedimento

Pecuária (Pastagem) impedimento

Florestamento/Reflorestamento

Agricultura

Influência Urbana

Água

Excluindo os biomas: pampas, caatinga e pantanal

Áreas aptas disponíveis para expansão agrícola: 91 M hectares

(Somente no Cerrado e MA)

Modelo espacialmente explícito de mudanças no uso e

cobertura da terra

SIMBRASIL-2

Freeware Dinamica EGO: modelo disponível para outras instituições

SimMinas com apoio da FAPEMIG

Dinamica EGOEnvironment for Geoprocessing

Objects

Feições principais

• Interface gráfica e linguagem de fluxo de dados

• 64 bit nativo

• Compilação nativa de expressão de alg. de mapas.

• Calibração baseada em pesos de evidência.

• Otimização de modelo baseado em Alg. genético.

• Processamento paralelo

• Mapas raster até 64 x 64 k células

• Manejo inteligente do fluxo de dados (memória)

• Performance

• Flexibilidade: modelos simples ao mais complexos

• Roda desde laptops a computador de alta performance

• Série de algoritmos para análise e simulação espacial

Containersare special operators

that can contain

other operators.

Operators arecalled Functors

Graphical Interface

Simulation Model

Arrows indicate data flow between operators.

Visão geral

Editores e Visualizadores

Linguagem de fluxo de dados

Data is transferred (flows) fromone operator to another

Conceito de sub-região: Divida, faça algo

e junte novamenteDo

Something

…

Split

Sub-Regions

…

Split Relevant

Maps

?

Merge

Maps

Dinamica WizardUma interface de apresentação do modelo e entrada de dados

Complex Models with alarge number of inputs ...

... can be easily understood and edited.

IncreasingUsability

http://www.csr.ufmg.br/dinamica

William Leles Souza Costa

william@ufmg.br

Obrigado