sig e indice de vegetaÇÃo aplicados a anÁlise...

Presidente Prudente - SP, 24-26 de julho de 2017

IV Simpósio Brasileiro de Geomática – SBG2017

II Jornadas Lusófonas - Ciências e Tecnologias de Informação Geográfica - CTIG2017 p. 161-167

R. C. da Silva; G. T. Santos; L. Y. Kuroki; J. A. P. de Sousa; E. R. N. Lopes; R. W. Lourenço ISSN 1981-6251

SIG E INDICE DE VEGETAÇÃO APLICADOS A ANÁLISE AMBIENTAL

DE UM TRECHO DE APPs DA BACIA DO RIO PIRAJIBÚ-MIRIM,

SOROCABA, SÃO PAULO

GREGORY TONIN SANTOS

RENAN COSTA DA SILVA

LARISSA YUMI KUROKI

JOCY ANA PAIXAO DE SOUSA

ELFANY REIS DO NASCIMENTO LOPES

JOSÉ CARLOS DE SOUZA

ROBERTO WAGNER LOURENÇO

Universidade Estadual Paulista - Unesp

Instituto de Ciências e Tecnologia de Sorocaba - ICTS

[email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected];

[email protected]; [email protected]

RESUMO – O estudo objetivou caracterizar e avaliar a vegetação das Áreas de Preservação Permanente

(APPs) de um trecho do rio Pirajibú-mirim utilizando o sistema de informações geográficas e índice de

vegetação. O estudo foi desenvolvido na cidade de Sorocaba, no trecho central da bacia que compreende

o rio Pirajibú-mirim. A base cartográfica foi construída a partir das informações das cartas topográficas

do município de Sorocaba e a definição da faixa de proteção dos afluentes que compõem o rio do

Pirajibú-Mirim foi realizada com base no Código Florestal Brasileiro, considerando a largura de 30

metros. O Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI) foi realizado utilizando as bandas

espectrais do vermelho e infravermelho da imagem satélite RapidEye. Todos os procedimentos foram

realizados no software ArcGis 10.5. O NDVI para a sub-bacia, apresentou escores entre – 0.43 a 0.72 e

para as APPs escores entre -0,33 e 0,72. Os escores mais elevados foram atribuídas as áreas florestadas

nas APPs. Observou-se uma transição não muito clara entre os escores de matas e pastagem. O solo

exposto mostrou-se dentro dos padrões para áreas com ausência de vegetação. A utilização de técnicas de

dados espaciais, ambientadas em SIG, auxiliou na identificação de padrões da vegetação, demonstrando a

aplicabilidade do NDVI para a análise ambiental.

Palavras chave: Vegetação. Área de Preservação Permanente. Análise Espacial. Sensoriamento Remoto.

ABSTRACT - The study aimed to characterize and evaluate the vegetation of the Permanent

Preservation Areas (PPAs) of Pirajibú-mirim river’s section using the geographic information system and

vegetation index. The study was developed in the city of Sorocaba, in the central stretch of the basin that

includes the Pirajibú-mirim river. The cartographic base was built from the topographic maps information

of Sorocaba and the definition of the protection range of the tributaries that make up the Pirajibú-Mirim

river was made based on the Brazilian Forest Code, considering the width of 30 meters. NDVI was

performed using the red and infrared spectral bands of RapidEye satellite image. All procedures were

performed in ArcGis 10.5 software. The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) for the

subbasin presented scores ranging from -0.43 to 0.72 and for the PPAs scores between -0.33 and 0.72.

The highest scores were attributed to forested areas in PPAs. There was an unclear transition between

forest and pasture scores. The soil exposed was within the standards for areas with no vegetation. The use

of spatial data techniques, set in GIS, assisted in the identification of vegetation patterns, demonstrating

the applicability of NDVI to the environmental analysis.

Key words: Vegetation. Permanent Protected Areas. Spatial Analysis, Remote Sensing.

1 INTRODUÇÃO

A aplicação de métodos de análise do vigor

vegetativo auxilia na identificação do estado de

conservação de uma determinada área e seus possíveis

pontos de degradação, permitindo a execução de medidas

de recuperação ambiental, dando suporte à gestão

ambiental municipal (urbana e rural).


II Jornadas Lusófonas - Ciências e Tecnologias de Informação Geográfica - CTIG2017


O vigor vegetativo pode ser estimado por

diferentes índices de vegetação, dentre eles, o índice de

vegetação por diferença normalizada (NDVI). O NDVI é

considerado um dos principais métodos para obtenção de

informações sobre o uso do solo e cobertura vegetal

(DEFRIES; TOWNSHEND, 1994; GILLESPIE, 2015).

Neste sentido, o NDVI se tornou umas das

melhores ferramentas de identificação das áreas verdes

em um espaço e um dos índices mais populares na

detecção de vegetação por imagens de satélite

(KRIEGLER et al. 1969).

A obtenção do índice de vegetação se dá por um

indicador numérico, cujos valores variam entre – 1 e 1, de

modo que a menor numeração corresponde a uma

ausência de vegetação e o maior número indica a presença

de uma vegetação vigorosa e repleta de folhagens

(ROUSE et al. 1973; INSA, 2014).

O monitoramento da cobertura vegetal é

basicamente realizado através da detecção da radiação

eletromagnética emitida por ela. Devido à presença de

clorofila nas folhas das plantas, dando-lhes a coloração

verde, observa-se que tal pigmentação é a predominante

em relação à reflexão emitida pela vegetação na faixa

visível do espectro de luz. Deste modo, constata-se que a

vegetação possui maior resposta à banda infravermelha

em detrimento da banda vermelha, possibilitando a

identificação de sua localização e mensuração de seu

vigor através de ferramentas de sensoriamento remoto.

(ZANZARINI et al. 2013).

Em Áreas de Preservação Permanente (APPs), o

NDVI torna-se um indicador útil para o monitoramento

ambiental permitindo diagnosticar o seu estado de

conservação ou degradação. As APPs correspondem a

espaços delimitados cuja proteção é assegurada por lei e

nela se exerce a proteção de recursos hídricos, paisagens,

biodiversidade, geologia e solo, assegurando que as ações

antrópicas não influenciem na sua composição (BRASIL,

2012; EMBRAPA, 2016).

Por ser uma das poucas áreas de cunho

preservacionista instituída por lei no país, faz-se

importante que haja a sua manutenção, uma vez que o uso

do solo está em constante mudança e deve-se sempre

buscar uma valorização do que resta do patrimônio

natural nacional. Além disso, desenvolver processos e

apresentar técnicas que subsidiem a análise ambiental

destas áreas auxilia no aprimoramento de medidas

avaliativas e reforçam as atividades de pesquisas,

monitoramento e fiscalização destas áreas.

Entende-se que o uso da análise espacial

representa uma tecnologia alternativa para a compreensão

do estado ambiental de áreas com relevante interesse de

preservação. O estudo objetivou caracterizar e avaliar a

vegetação das APPs de um trecho do rio Pirajibú-mirim

utilizando o sistema de informações geográficas e índice

de vegetação. Buscou-se também, indicar medidas

mitigatórias e de conservação para a área de estudo.

2 MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Área de Estudo

O estudo foi realizado no município de Sorocaba,

no interior de São Paulo, possuindo uma área territorial de

450.382 km² e uma população de aproximadamente

652.481 habitantes (IBGE, 2017).

O relevo da região tem sua dissecação

influenciada pela bacia do rio Sorocaba e é considerado

ondulado, cujas vertentes e altos de serra possuem altitude

média em torno de 632 metros em relação ao nível do

mar, e máxima de 1028 metros (FAVERO et al., 2008).

Em termos vegetativos, tem-se uma mistura de

biomas, onde pode-se perceber a transição entre a Mata

Atlântica e o Cerrado, mesmo que apenas uma pequena

porcentagem de vegetação esteja conservada atualmente

(LOURENÇO, et al. 2014; IBGE, 2017). O clima é

definido como brasileiro tropical de altitude, ou seja, com

verão chuvoso e inverno seco, mas com boa distribuição

das chuvas ao longo do ano (CEPAGRI, 2015).

O município de Sorocaba possui uma abundância

de recursos hídricos em seu território, destacando a

presença do rio Sorocaba, Pirajibú e Pirajibú-mirim.

Ambos apresentam importância no abastecimento urbano

municipal. O rio Pirajibú-mirim possui destaque por

desaguar no rio Pirajibú, abastecendo 10% da população

da cidade e manutenção de porções de mata nativa no

local, além de ser definido como área prioritária para a

conexão de fragmentos e formação de corredores

ecológicos (SAAE 2014; CORREA, et al. 2016).

A partir da delimitação da bacia que compõe o rio

Pirajibú-mirim, foram identificadas as sub-bacias que a

compõe e escolhida àquela localizada ao centro,

correspondente a área de trabalho para avaliação da

situação das APPs no trecho médio. A área da Bacia

corresponde a 55,35 km², enquanto a da sub-bacia

trabalhada condiz com 4,01 km² (Figura 1).

Figura 1 - Inserção da sub-bacia (área de estudo) na Bacia

do Pirajibu-Mirim e na Bacia Sorocaba/Médio Tietê.




2.2 Métodos

2.2.1 Base Cartográfica

A base cartográfica foi construída a partir das

informações das cartas topográficas do município de

Sorocaba, com primeira edição no ano de 1979, em escala

de referência de 1:10.000, originária do Instituto

Geográfico e Cartográfico (IGC) e obtidas gratuitamente

em formato digital através do acervo da Infraestrutura de

dados espaciais ambientais do Estado de São Paulo

(DATAGEO) (IGC, 1979; DATAGEO, 2015).

Através de procedimentos de vetorização no

software AutoCad, extraiu-se as informações

planimétricas (rodovias, ferrovias, estradas, hidrografia,

lagos) e as informações altimétricas relativas às curvas de

nível e pontos cotados. Posteriormente, os arquivos foram

exportados para o software ArcGis 10.5 (ESRI, 2016). Os

limites da Bacia Hidrográfica e das sub-bacias foram

delimitados utilizando os vetores de hidrografia e de

curva de nível da base cartográfica, conforme o perfil

hipsométrico em torno do rio Pirajibu-Mirim e seus

afluentes.

As informações de drenagem, estradas, rodovias e

ferrovias foram retificadas conforme a utilização de

imagem satélite RapidEye e consultas ao Google Earth.

2.2.2 Definição das APPs

A definição da faixa de proteção dos afluentes que

compõem o rio do Pirajibú-Mirim foi realizada com base

no Código Florestal Brasileiro (Lei nº 12.651/2012),

considerando a largura dos rios. Delimitou-se faixas de

proteção de 30 metros, considerando que os afluentes não

excedem a largura de 10m na área. Para este

procedimento foi utilizado o comando buffer no software

ArcGis 10.5 (ESRI, 2016).

2.2.3 Elaboração do NDVI

A aplicação do NDVI foi realizada utilizando as

bandas espectrais do infravermelho (banda 5) e vermelho

(banda 1) da imagem satélite RapidEye do ano de 2014.

Utilizando o software ArcGis 10.5 (ESRI, 2016) e

a ferramenta raster calculator, as bandas espectrais foram

submetidas a equação desenvolvida por Rouse et al.

(1973), conforme Equação 1 apresentada a seguir:

(1)

Onde: NIR é a banda do infravermelho próximo e R é a

banda do vermelho.

O NDVI gerado indicará as áreas de maior

cobertura e vigor vegetal em um escore que varia de -1 a

1. A comparação e caracterização desses escores e

classificação da vegetação foi realizada com base em

literatura e confirmação em etapas de trabalho de campo.

Posteriormente, foi realizado a extração do NDVI

para as áreas de APPs.

2.3 Atividades de Campo

Em campo foram identificadas e coletadas

coordenadas geográficas para a delimitação de uso do

solo em áreas de pastagem, mata e solo exposto com o

uso de GPS.

Buscando caracterizar e definir os intervalos de

classe dos escores de NDVI, comparou-se o uso do solo

em campo, com os escores de NDVI em três áreas das

APPs. Esses valores foram comparados com a literatura

sobre o tema voltado a análise de vegetação da Mata

Atlântica e definido os valores limítrofes entre os usos.

Assim, para a cobertura de matas, pastagem e solo

exposto, foi seleciona uma área em campo,

respectivamente para cada uso. Portanto, foram analisadas

três áreas, definida a localização das coordenadas e

seleção do polígono referente ao tipo de uso na imagem

satélite.

Procurou-se identificar nascentes, possíveis focos

de degradação, e qualidade das matas, através de

fotografias. Foi identificado um rio e medido a sua faixa

de APP e assim avaliando os usos da APP no local.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Figura 2 apresenta o NDVI elaborado para a

sub-bacia, com escores entre – 0.43 a 0.72. Inicialmente,

já é possível afirmar que as áreas da sub-bacia apresentam

poucos locais com vegetação desenvolvida e alto vigor

vegetativo, sendo caracterizada pela presença de atividade

com baixo teor de vegetação, dentre elas, área urbana,

pastagem e solo exposto.

Figura 2 - NDVI de uma sub-bacia do rio Pirajibú-mirim.

Observou-se que os melhores escores encontram-

se associados ao norte da sub-bacia, próximas ao exutório.

Os baixos valores de NDVI intercalam-se em toda a




extensão territorial da área, com maior criticidade e de

ausência de cobertura vegetal nas áreas limítrofes. Essas

observações podem ser realizadas graças ao uso do

sensoriamento remoto, onde, a partir da combinação de

bandas espectrais e das medidas radiométricas é possível

monitorar a abundância relativa da vegetação, a partir de

suas especificidades fotossintéticas (AHAMED et al.,

2011; JAMALI et al., 2014).

Observando-se a atividade de uso do solo,

identificou-se que a área é majoritariamente pastagem e

edificações rurais, o que justifica os baixos teores de vigor

vegetativo. Essa investigação é possível pelos

comprimentos de ondas vermelhas que são absorvidos

pelos cloroplastos, enquanto o comprimento de onda do

infravermelho próximo são refletidos durante a incidência

da luz solar sobre a vegetação. Devido ao espectro ser

único para a vegetação, se a reflectância do

infravermelho próximo for menor do que a reflectância do

vermelho, pode-se considerar que há uma baixa

quantidade de vegetação existente (JOHANSEN e

TOMMERVIK, 2014).

A segmentação do NDVI para as APPs revelou

uma variação dos escores entre -0,33 e 0,72 (Figura 3).

Figura 3 - NDVI na faixa de APP.

Inicialmente, já é possível afirmar que as áreas

com maiores escores e mais preservadas encontram-se em

áreas definidas como de preservação permanente, quando

comparadas a sub-bacia.

O uso predominante nas APPs é a pastagem, o

qual foi comprovado em campo, visto que muitos locais

são propriedades privadas com criação animal. Os locais

de matas são, em geral, próximos dos cursos d’águas.

As áreas analisadas em campo podem ser

observadas na Figura 4 e os escores de NDVI para cada

área é apresentado na Tabela 1. Esses valores foram

comparados com a literatura sobre o tema voltado a

análise de vegetação da Mata Atlântica.

Para MING (2000) o NDVI com valores a cima de

0,4 podem ser considerados como vegetação aflorada.

Esses valores encontram-se dentro dos escores observados

para as matas presentes na APP, indicando que apesar de

não ser maioria, são desenvolvidas.

Outros autores consideram que a distribuição do

vigor da vegetação é dado por: NDVI >= 0,5

consideradas de vegetação densa, já os valores de NDVI

< 0,5 > 0,2 como regiões agrícolas, silvicultura ou com

pouca vegetação, NDVI < 0,2 > 0 como áreas edificadas e

com ausência de vegetação e NDVI < 0 áreas com

presença de água ou nuvens (MYNENI et

al., 1995; DELBART et al., 2006).

Figura 4 - Áreas estudadas em campo: (a) Matas; (b)

Pastagem; (c) Solo Exposto.

(b)

(a)

(c)

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0303243413000810#bib0175






Tabela 1 – Intervalos de NDVI para as classes de uso

avaliadas.

Uso do solo Intervalo do NDVI

Matas 0,24 até 0,60

Pastagem 0,07 até 0,33

Solo Exposto 0,05 até 0,29

Conforme a Tabela 1, pode-se identificar que os

escores mais elevados são atribuídas as áreas de maior

vigor vegetativo e mais florestadas nas APPs. No entanto,

há uma transição não muito clara entre matas e pastagens,

já que, seus valores iniciais se sobrepõem. Esses valores

podem refletir áreas de produção de capim de grande

porte e em alto desenvolvimento.

O solo exposto mostrou-se dentro dos padrões de

escore esperado para áreas com ausência de vegetação. E,

embora não investigado, pode-se atribuir que escores

abaixo de 0.29 no NDVI da APP seja caracterizado por

edificações rurais e corpos hídricos.

Com a identificação dos escores, foi possível

observar que as APPs possuem poucas áreas de vegetação

com bom estado e vigor vegetativo. A faixa de

preservação embora devesse apresentar em sua totalidade

com vegetação é caracterizada pelo inverso. As APPs são

altamente utilizadas em práticas de pastagem e solo

exposto, associada a edificações rurais em seu interior.

Como medidas mitigadoras apropriadas para a

conservação e recuperação da área de estudo e seus

recursos, sugere-se a aplicação de métodos de incentivo e

auxílio à realização de práticas conservacionistas e

educação ambiental necessária para que uma consciência

acerca da importância da execução de ações que

preservem o meio ambiente seja incitada (CASTRO, et al.

2001)

Vale ressaltar que, em áreas de nascentes, de forma

geral, os escores de NDVI não são elevados, ou seja,

essas regiões apresentam vegetações pobres ou em baixo

crescimento, devendo ser mais protegidas e com maior

cobertura vegetal por serem responsáveis pela “produção”

de água. A vegetação de entorno às nascentes está

diretamente relacionada à preservação destas e, portanto,

as práticas de conservação devem começar em seu

entorno (SMA, 2009)

Alguns cuidados com a vegetação adjacente às

nascentes podem ser exemplificados pelo simples

isolamento da área aliado à uma distribuição correta dos

usos do solo nesta região, eliminação de instalações de

quaisquer tipos, redistribuição das estradas, recomposição

florestal e a proteção do solo (SMA, 2009).

Uma alternativa auxiliar de conservação das APPs

é o Pagamento por Serviços Ambientais (PSA),

considerado como um instrumento de financiamento da

conservação, partindo do principio de que quem consome

água deve pagar por ela, logo quem contribui para a

geração desse recurso também pode receber (PAGIOLA

et al, 2013). No Brasil este instrumento já vem sendo

empregado para a conservação de áreas que necessitam de

cuidados maiores como matas ciliares e nascentes.

4 CONCLUSÕES

Analisando os valores do NDVI, observou-se uma

sobreposição das pastagens sobre as matas, sugerindo um

estudo aprofundado do vigor vegetativo e identificando a

relação entre estes dois tipos de uso do solo.

Ficou evidenciado que a presença de matas nas

regiões de APPs é maior quando comparado com a sub-

bacia, podendo ser reflexo do controle do uso e

conscientização de moradores locais. Porém, segundo a

legislação ambiental, essa zona deveria ser

completamente dominada por vegetação, para

manutenção e proteção dos cursos hídricos.

Pode-se afirma que menos da metade das APPs é

dominada por vegetação e as pastagens apresentam

atividade irregular nestas zonas, não fornecendo a

proteção necessária para os rios. Desta forma, medidas

mitigadoras devem ser focadas nessas regiões,

regularizando o uso e ocupação do solo nas APPs.

A utilização de sucessivas técnicas de

processamento de dados espaciais, ambientadas em SIG,

auxiliou na identificação de padrões da vegetação,

demonstrando a aplicabilidade do NDVI para a análise

ambiental, devendo ser utilizado em pesquisas futuras e

mais detalhadas em áreas de APPs.

AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao Laboratório de

Geoprocessamento e Modelagem Matemática Ambiental

do ICT/Unesp Sorocaba pelo suporte e desenvolvimento

do estudo.

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