MODELLING APPROACH FOR PREDICTING LANDSCAPE CHANGES IN EXPANDING EUCALYPTUS PLANTATIONS IN BRAZIL
Abstract
This paper combines remote sensing, environmental modeling, and landscape ecology to investigate the impacts of the expansion of eucalyptus reforestation. Using these techniques, a methodology was developed to analyze and predict future land cover and landscape structure trends. The study area was comprised of the river basin municipalities in Rio Piracicaba and the metropolitan region of Vale do Aço (RMVA), a region that is home to large steel, paper, and cellulose industries in Minas Gerais. This major hub of economic development in the state has altered the landscape through deforesting native vegetation and planting eucalyptus trees. Land cover data were taken from satellite image classifications (TM/Landsat) from 1985, 2010 and 2013 in order to study the land cover changes. A number of variables that stimulate or restrict these alterations and the eucalyptus expansion observed between 1985 and 2010 were used to simulate the eucalyptus expansion, through Multi-Layer Perception Neural Networking. The results showed that the areas of Eucalyptus reforestation increased by about 12% between 1985 and 2010, whereas forest areas contracted by approximately 9%, and pasture by 3%. The simulated eucalyptus expansion indicated that by 2035 the structure of the landscape will have changed, with an increased level of isolation of the forest patches and a decrease in their nuclear area.
Keywords: Land Change Modeler, Analysis of change, Simulation, Landscape ecology.
References
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE PRODUTORES DE FLORESTAS PLANTADAS (ABRAF). Anuário estatístico ABRAF 2013 - ano base 2012. Brasília: ABRAF, 2013. 142 p.
BRASIL. Lei Federal 9.985, de 18 de julho de 2000. Regulamenta o art. 225, § 1o, incisos I, II, III e VII da Constituição Federal, institui o Sistema Nacional de Unidades de Conservação da Natureza e dá outras providências. Disponível em:. Acesso em: 20 fev. 2015.
CLARCKS LAB. The land change modeler for ecological sustainability. Worcester, 2009. Catálogo. Disponível em:. Acesso em: 20 maio 2013.
CELULOSE NIPO-BRASILEIRA (CENIBRA). Plano de manejo florestal: resumo público. Belo Oriente: Celulose Nipo-Brasileira S.A., 2012. 138 p.
CHAVEZ JR, P. S. An improved dark-object subtraction technique for atmospheric scattering correction of multispectral data. Remote Sensing of Environment, v. 24, n. 2, p. 459–479, 1988. Disponível em:. Acesso em: 23 maio 2013.
CONGALTON, R. G.; MEAD, R. A. A quantitative method to test for consistency and correctness in photointerpretation. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 49 (1): 69-74, 1983.
DAVIDSON, J. “Setting aside the idea that eucalyptus are always bad”. UNDP/FAO project Bangladesh, (Working Paper, 10); BGD/79/017, 1985.
EASTMAN, J. R. IDRISI Taiga: guide to GIS and image processing: Clarcks Lab, 2009. 342 p.
FORMAN, R. T. T., GODRON, M. Landscape ecology. New York: Jonh Wile & Sons, 1986. 619 p.
FUNDAÇÃO SOS MATA ATLÂNTICA; INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE). Atlas dos remanescentes florestais da Mata Atlântica. Período 2012-2013. São Paulo: Fundação SOS Mata Atlântica, 2014. 61 p.
GONZALES, R. C.; WOODS, R. E. Digital Image Processing. Reading: Addison-Wesley, 1992, 716p.
GRECCHI, R. C.; BEUCHLE, R.; VOGT, P.; SHIMABOKURO, Y. E.; GOMES, A. R. The potential of landscape metrics for assessing the impacts of selective logging in the Brazilian Amazon. In: Encontro Nacional de Estudos Populacionais, n. 17, 2010, Caxambu-MG. Anais... Santos-SP: INPE, 2016. p. 1684–1691.
HAYKIN, S. Redes neurais. 2nd Ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 900 p.
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Censo demográfico 1980. Rio de Janeiro: IBGE, 1990. Disponível em:. Acesso em: 30 abr. 2013.
_____. Censo demográfico 1991. Rio de Janeiro: IBGE, 1991. Disponível em:. Acesso em: 30 abr. 2013.
_____. Censo demográfico 2000. Rio de Janeiro: IBGE, 2000. Disponível em:. Acesso em: 30 abr. 2013.
_____. Censo demográfico 2010. Rio de Janeiro: IBGE, 2010. Disponível em:. Acesso em: 30 abr. 2013.
_____. Produção da extração vegetal e da silvicultura 2010. Rio de Janeiro: IBGE, 2011. Disponível em:. Acesso em: 30 abr. 2013.
_____. Produto interno bruto dos municípios 2012. Disponível em:. Acesso em: 3 dez. 2013.
ISLAM, M. S.; Ahmed, R. Land use change prediction in Dhaka City using GIS aided markov chain modeling. Journal of Life and Earth Science, v. 6, p. 81–89, 2011. Disponível em:. Acesso em: 1 jun. 2013.
JOHNSON, S. J. An evaluation of land change modeler for ArcGIS for the ecological analysis of landscape composition. 2009. 116 p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Geografia). Southern Illinois University Carbondale, Illinois, 2009. Disponível em:
JUVANHOL, R. S.; FIEDLER, N. C.; SANTOS, A. R.; PIROVANI, D. B.; LOUZADA, F. L.; DIAS, H. M.; TEBALDI, A. L. C. Análise espacial de fragmentos florestais: caso dos Parques Estaduais de Forno Grande e Pedra Azul, Estado do Espírito Santo. Floresta e Ambiente. 18, 353-364, 2011.
LANG, S.; BLASCHKE, T. Análise da paisagem com SIG. São Paulo: Oficina de Textos, 2009. 424 p.
LANG, S.; TIEDE, D. V-LATE. Extension für ArcGIS – vector basiertes Tool zur quantitativen Landschaftsstrukturanalyse. ESRI An wender konferenz. Innsbruck. 2003. Disponível em: http://downloads2.esri.com/campus/uploads/library/pdfs/68464.pdf. Acesso em: 5 set. 2015.
LIEBETRAU, A. Measures of association. Beverly Hills: Sage Publications, 1983. Disponível em:. Acesso em: 26 dez. 2013.
LO, C. P.; YEUNG, A. K. W. Concepts and techniques of geographic information systems. New Jersey: Prentice Hall, 2002. 492 p.
LUIZ, C. H. P.; FARIA, S. D.; ESCADA, M. I. S. A expansão do reflorestamento com eucalipto e seus efeitos na estrutura da paisagem: bacia hidrográfica do Rio Piracicaba e Região Metropolitana do Vale do Aço – Minas Gerais. Geografias, v. 12, p. 64-88, 2016.
MACIEL, L. V. B. Análise dos remanescentes de Mata Atlântica no Estado do Rio Grande do Norte: uma perspectiva em alta resolução. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, Brazil, 2011. 60 p.
MAS, J. F.; KOLB, M.; PAEGELOW, M.; OLMEDO, M. T. C.; HOUET, T. Inductive pattern-based land use/cover change models: a comparison of four software packages. Environmental Modelling & Software, v. 51, p. 94-111, 2014. Disponivel em:. Acesso em 15 ago. 2014.
McGARIGAL, K.; MARKS, B. FRAGSTATS: spatial pattern analysis program for quantifying landscape structure. Forest Service General, US. (Technical Report PNW: 351), 1995.
MACGARIGAL, K.; CUHSMAN, S.; REGAN, C. Quantifying Terrestrial Habitat Loss and Fragmentation: A Protocol. University of Massachusetts, 2005. Disponível em: http://www.umass.edu/landeco/teaching/landscape_ecology/labs/fragprotocol.pdf
POORE, M. E. D; FRIES, C. The ecological effects of eucalyptus. FAO, 1985
RAJAN, D. Understanding the drivers affecting land use change in Ecuador: Na application of the Land Change Modeler Software. University of Endinburgh. Endinburhg, Scotland, 2015. 84 p.
RENÓ, V.; NOVO, E.; ESCADA, M. Forest Fragmentation in the Lower Amazon Floodplain: Implications for Biodiversity and Ecosystem Service Provision to Riverine Populations. Remote Sensing. v. 8, 26 p. 2016.
RIBEIRO, M. C. Modelos de simulação aplicados à conservação de paisagens fragmentadas da Mata Atlântica brasileira. 2010. 277 p. Tese (Doutorado em Ecologia) – Universidade de São Paulo (USP), São Paulo, 2010. Disponível em:. Acesso em: 10 mar. 2014.
RICHARDS, J. A. Remote sensing digital image analysis: an introduction. 2nd ed. Berlin: Springer-Verlag, 1993. 454 p.
SALMONA, Y. B. Cerrado com C ou S? modelagem de cenários futuros para o bioma. Dissertação de Mestrado, Publicação PPG EFL.DM 197/2013, Departamento de Engenharia Florestal, Universidade de Brasília, DF, 2013.87 p.
SCHULZ, J. J.; CAYUELA, L.; ECHEVERRIA, C.; SALAS, J.; BENAYAS, J. M. R. Monitoring land cover change of the dryland forest landscape of Central Chile (1975–2008). Applied Geography. v. 30, n. 3, p. 436-447, 2010.
SILVA, M. S. F.; SOUZA, R. M.. Padrões Espaciais de Fragmentação Florestal na Flona do Ibura – Sergipe. Mercator. 13 (3), 121-137, 2014.
TOBLER, W. A computer movie simulating urban growth in the Detroit region. Economic Geography, v. 46, n. 2, p. 234-240, 1970.
UMBELINO, G.; BARBIERI, A. Uso de autômatos celulares em estudos de população, espaço e ambiente. In: Encontro Nacional de Estudos Populacionais, n. 17, 2010, Caxambu-MG. Anais... Caxambu-MG: ABEP, 2010. p. 1–20. Disponível em:. Acesso em: 23 maio 2013.
VELDKAMP, A.; FRESCO, L. O. CLUE: A conceptual model to study the conversion of land-use and its effects. Ecological Modelling, v. 85, n. 2, p. 253-270, 1996. Disponível em:. Acesso em: 1 abr. 2013.
WANG, X.; BLANCHET, F. G.; KOPER, N. Measuring habitat fragmentation: An evaluation of landscape pattern metrics. Methods in Ecology and Evolution, v. 5, p. 634-646.
BRASIL. Lei Federal 9.985, de 18 de julho de 2000. Regulamenta o art. 225, § 1o, incisos I, II, III e VII da Constituição Federal, institui o Sistema Nacional de Unidades de Conservação da Natureza e dá outras providências. Disponível em:
CLARCKS LAB. The land change modeler for ecological sustainability. Worcester, 2009. Catálogo. Disponível em:
CELULOSE NIPO-BRASILEIRA (CENIBRA). Plano de manejo florestal: resumo público. Belo Oriente: Celulose Nipo-Brasileira S.A., 2012. 138 p.
CHAVEZ JR, P. S. An improved dark-object subtraction technique for atmospheric scattering correction of multispectral data. Remote Sensing of Environment, v. 24, n. 2, p. 459–479, 1988. Disponível em:
CONGALTON, R. G.; MEAD, R. A. A quantitative method to test for consistency and correctness in photointerpretation. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 49 (1): 69-74, 1983.
DAVIDSON, J. “Setting aside the idea that eucalyptus are always bad”. UNDP/FAO project Bangladesh, (Working Paper, 10); BGD/79/017, 1985.
EASTMAN, J. R. IDRISI Taiga: guide to GIS and image processing: Clarcks Lab, 2009. 342 p.
FORMAN, R. T. T., GODRON, M. Landscape ecology. New York: Jonh Wile & Sons, 1986. 619 p.
FUNDAÇÃO SOS MATA ATLÂNTICA; INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (INPE). Atlas dos remanescentes florestais da Mata Atlântica. Período 2012-2013. São Paulo: Fundação SOS Mata Atlântica, 2014. 61 p.
GONZALES, R. C.; WOODS, R. E. Digital Image Processing. Reading: Addison-Wesley, 1992, 716p.
GRECCHI, R. C.; BEUCHLE, R.; VOGT, P.; SHIMABOKURO, Y. E.; GOMES, A. R. The potential of landscape metrics for assessing the impacts of selective logging in the Brazilian Amazon. In: Encontro Nacional de Estudos Populacionais, n. 17, 2010, Caxambu-MG. Anais... Santos-SP: INPE, 2016. p. 1684–1691.
HAYKIN, S. Redes neurais. 2nd Ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 900 p.
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Censo demográfico 1980. Rio de Janeiro: IBGE, 1990. Disponível em:
_____. Censo demográfico 1991. Rio de Janeiro: IBGE, 1991. Disponível em:
_____. Censo demográfico 2000. Rio de Janeiro: IBGE, 2000. Disponível em:
_____. Censo demográfico 2010. Rio de Janeiro: IBGE, 2010. Disponível em:
_____. Produção da extração vegetal e da silvicultura 2010. Rio de Janeiro: IBGE, 2011. Disponível em:
_____. Produto interno bruto dos municípios 2012. Disponível em:
ISLAM, M. S.; Ahmed, R. Land use change prediction in Dhaka City using GIS aided markov chain modeling. Journal of Life and Earth Science, v. 6, p. 81–89, 2011. Disponível em:
JOHNSON, S. J. An evaluation of land change modeler for ArcGIS for the ecological analysis of landscape composition. 2009. 116 p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Geografia). Southern Illinois University Carbondale, Illinois, 2009. Disponível em:
JUVANHOL, R. S.; FIEDLER, N. C.; SANTOS, A. R.; PIROVANI, D. B.; LOUZADA, F. L.; DIAS, H. M.; TEBALDI, A. L. C. Análise espacial de fragmentos florestais: caso dos Parques Estaduais de Forno Grande e Pedra Azul, Estado do Espírito Santo. Floresta e Ambiente. 18, 353-364, 2011.
LANG, S.; BLASCHKE, T. Análise da paisagem com SIG. São Paulo: Oficina de Textos, 2009. 424 p.
LANG, S.; TIEDE, D. V-LATE. Extension für ArcGIS – vector basiertes Tool zur quantitativen Landschaftsstrukturanalyse. ESRI An wender konferenz. Innsbruck. 2003. Disponível em: http://downloads2.esri.com/campus/uploads/library/pdfs/68464.pdf. Acesso em: 5 set. 2015.
LIEBETRAU, A. Measures of association. Beverly Hills: Sage Publications, 1983. Disponível em:
LO, C. P.; YEUNG, A. K. W. Concepts and techniques of geographic information systems. New Jersey: Prentice Hall, 2002. 492 p.
LUIZ, C. H. P.; FARIA, S. D.; ESCADA, M. I. S. A expansão do reflorestamento com eucalipto e seus efeitos na estrutura da paisagem: bacia hidrográfica do Rio Piracicaba e Região Metropolitana do Vale do Aço – Minas Gerais. Geografias, v. 12, p. 64-88, 2016.
MACIEL, L. V. B. Análise dos remanescentes de Mata Atlântica no Estado do Rio Grande do Norte: uma perspectiva em alta resolução. Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, RN, Brazil, 2011. 60 p.
MAS, J. F.; KOLB, M.; PAEGELOW, M.; OLMEDO, M. T. C.; HOUET, T. Inductive pattern-based land use/cover change models: a comparison of four software packages. Environmental Modelling & Software, v. 51, p. 94-111, 2014. Disponivel em:
McGARIGAL, K.; MARKS, B. FRAGSTATS: spatial pattern analysis program for quantifying landscape structure. Forest Service General, US. (Technical Report PNW: 351), 1995.
MACGARIGAL, K.; CUHSMAN, S.; REGAN, C. Quantifying Terrestrial Habitat Loss and Fragmentation: A Protocol. University of Massachusetts, 2005. Disponível em: http://www.umass.edu/landeco/teaching/landscape_ecology/labs/fragprotocol.pdf
POORE, M. E. D; FRIES, C. The ecological effects of eucalyptus. FAO, 1985
RAJAN, D. Understanding the drivers affecting land use change in Ecuador: Na application of the Land Change Modeler Software. University of Endinburgh. Endinburhg, Scotland, 2015. 84 p.
RENÓ, V.; NOVO, E.; ESCADA, M. Forest Fragmentation in the Lower Amazon Floodplain: Implications for Biodiversity and Ecosystem Service Provision to Riverine Populations. Remote Sensing. v. 8, 26 p. 2016.
RIBEIRO, M. C. Modelos de simulação aplicados à conservação de paisagens fragmentadas da Mata Atlântica brasileira. 2010. 277 p. Tese (Doutorado em Ecologia) – Universidade de São Paulo (USP), São Paulo, 2010. Disponível em:
RICHARDS, J. A. Remote sensing digital image analysis: an introduction. 2nd ed. Berlin: Springer-Verlag, 1993. 454 p.
SALMONA, Y. B. Cerrado com C ou S? modelagem de cenários futuros para o bioma. Dissertação de Mestrado, Publicação PPG EFL.DM 197/2013, Departamento de Engenharia Florestal, Universidade de Brasília, DF, 2013.87 p.
SCHULZ, J. J.; CAYUELA, L.; ECHEVERRIA, C.; SALAS, J.; BENAYAS, J. M. R. Monitoring land cover change of the dryland forest landscape of Central Chile (1975–2008). Applied Geography. v. 30, n. 3, p. 436-447, 2010.
SILVA, M. S. F.; SOUZA, R. M.. Padrões Espaciais de Fragmentação Florestal na Flona do Ibura – Sergipe. Mercator. 13 (3), 121-137, 2014.
TOBLER, W. A computer movie simulating urban growth in the Detroit region. Economic Geography, v. 46, n. 2, p. 234-240, 1970.
UMBELINO, G.; BARBIERI, A. Uso de autômatos celulares em estudos de população, espaço e ambiente. In: Encontro Nacional de Estudos Populacionais, n. 17, 2010, Caxambu-MG. Anais... Caxambu-MG: ABEP, 2010. p. 1–20. Disponível em:
VELDKAMP, A.; FRESCO, L. O. CLUE: A conceptual model to study the conversion of land-use and its effects. Ecological Modelling, v. 85, n. 2, p. 253-270, 1996. Disponível em:
WANG, X.; BLANCHET, F. G.; KOPER, N. Measuring habitat fragmentation: An evaluation of landscape pattern metrics. Methods in Ecology and Evolution, v. 5, p. 634-646.
Published
23/10/2019
How to Cite
LUIZ, Carlos Henrique Pires; FARIA, Sergio Donizete; ESCADA, Maria Isabel.
MODELLING APPROACH FOR PREDICTING LANDSCAPE CHANGES IN EXPANDING EUCALYPTUS PLANTATIONS IN BRAZIL.
Mercator, Fortaleza, v. 18, oct. 2019.
ISSN 1984-2201.
Available at: <http://www.mercator.ufc.br/mercator/article/view/e18019>. Date accessed: 26 apr. 2024.
doi: https://doi.org/10.4215/rm2019.e18019.
Issue
Section
ARTICLES
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Authors who publish in this journal agree to the following terms:
- Authors retain the copyright and grant MERCATOR the right of first publication, with the work simultaneously licensed under the Creative Commons Attribution License, which allows the sharing of the work with recognition of the authorship of the work and initial publication in this journal.
- Authors are authorized to sign additional contracts separately, for non-exclusive distribution of the version of the work published in this journal (e.g., publish in an institutional repository or as a book chapter), with acknowledgment of authorship and initial publication in this journal.
- Authors are allowed and encouraged to publish and distribute their work online (e.g., in institutional repositories or on their personal page) at any point before or during the editorial process, as this can generate productive changes as well as increase the impact and citation of the published work (see The Effect of Free Access).
- Authors are responsible for the content of the manuscript published in the journal.
