Atualmente, uma atividade que se tornou estratégica a nível nacional é o cultivo de espécies oleaginosas para o mercado alimentício e energético, em especial o plantio da palma de óleo (dendê) na região nordeste do estado do Pará, na Amazônia oriental. Esta cultura, assim como tem apresentado benefícios, como fixação do homem no campo, recuperação de áreas degradadas e redução da perda de solo, também tem apresentado riscos de ordem social e ambiental, como possíveis expropriações de terras e aumento do desmatamento e empobrecimento da diversidade ecológica. Mas se conhece pouco ainda dos impactos da expansão dessa cultura sobre o balanço hídrico e processos erosivos. Por isso, este trabalho estimou os impactos da expansão da cultura da palma de óleo na dinâmica de mudança de uso e cobertura da terra, bem como no escoamento superficial e na produção de sedimentos. Para isto, aplicou-se o modelo hidrossedimentológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT) e o modelo de dinâmica espacial Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent (CLUES) sobre as sub-bacias não monitoradas dos rios Bujaru (SBRB) e Mariquita (SBRM), com calibração do SWAT realizada a partir da técnica de regionalização de vazão por regressão não linear e medições em campo com o molinete hidrométrico. A princípio, as equações de regressão se apresentaram eficientes nas estimativas de dados de vazão para as sub-bacias, fundamentadas no bom resultado da calibração e validação sobre as estações reais. Nas áreas de palma de óleo, o modelo foi capaz de estimar com bom grau de eficiência a evapotranspiração nestas Unidades de Resposta Hidrológica da SBRB (1089,2 mm) e da SBRM (1093,1 mm), em relação a literatura e medidas em torre de monitoramento micrometeorológico. O modelo CLUE-S foi capaz de integralizar as variáveis explanatórias com as demandas agregadas e as características de elasticidade com o objetivo de gerar cenários futuros de uso e cobertura da terra, bem como modelar a palma de óleo nas sub-bacias, identificando as variáveis biofísicas como as principais forçantes de mudança de uso e cobertura da terra. As estimativas de escoamento superficial e produção de sedimentos apontaram para uma redução na SBRB e um aumento na SBRM entre os cenários de 2008, 2013 e o cenário projetado com o CLUE-S para 2023 em especial por razão da grande variação das áreas de vegetação secundária. As áreas de Palma de Óleo tiveram menor escoamento superficial e produção de sedimentos médio mensal do período mais chuvoso em ambas sub-bacias e em todos os cenários em relação as áreas de Agricultura Geral e Pastagem. Os resultados também mostraram a boa capacidade do uso integrado dos modelos SWAT e CLUE-S na geração de dados que contribuem para a análise do impacto ambiental da expansão da palma de óleo na região nordeste do estado do Pará, sendo também importante para o planejamento e gestão ambiental rural em bacias hidrográficas não monitoradas na Amazônia Oriental, pois demonstra a eficiência do método em proporcionar o aumento dos conhecimentos do comportamento hidrológico destas bacias em relação a dinâmica espacial de uso e cobertura do solo. / Nowadays, oilseed production for food and energy has become a strategic activity at national level in Brazil, particularly oil palm crops located in the Northeast of Pará State, Eastern Amazon. Oil palm crops have shown benefits such as keeping farmers on the land, recovering degraded areas and reducing soil loss. Conversely, it may also increase social and environmental risks linked to land tenure instability and land expropriation, deforestation and biodiversity losses. In such context, there is still a lack of knowledge concerning the impacts of such crop on the local water balance and erosion processes. Thus, this research estimated the impacts of increasing oil palm crops on land use and land cover change dynamics, as well as on runoff and soil erosion processes. To do so, it was applied the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and the spatial explicit framework Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent (CLUE-S) over two ungauged sub-basins of Bujaru (SBRB) and Mariquita (SBRM) rivers. SWAT calibration was done by the regionalization streamflow method that adopts nonlinear regression and field measurements using a current meter. Initially, regression equations were effective in streamflow data estimation for the subbasins, this was based on effective calibration and validation results upon real stations. In the oil palm crop areas, the SWAT modeling was able to successfully estimate evapotranspiration on both hydrologic response unit of SBRB (1089,2 mm) and SBRM (1093,1mm) when compared to the literature and measures in micrometeorological monitoring tower. When applying CLUE-S model it was capable to integrate explanatory variables to scenario demands and elasticity parameters determining land use/cover change. Such integration allowed modelling oil palm spatial-temporal dynamics in current and future scenario demands within the two sub-basins SBRB and SBRM, as well as the identification of biophysical variables as the core drivers of land use/cover change. Runoff and sediment yield pointed out towards a decline in SBRB and an increase in SBRM in the current scenario between 2008 and 2013, as well as in the future scenario modelled using CLUE-S land use/cover change maps for 2023, particularly because of a large variation in the dynamics of secondary vegetation between the two sub-basins. Oil palm areas had smaller monthly average runoff and sediment yield in the rainiest period in both sub-basins and in current and future scenarios regarding agriculture and pasture areas. The results also show a suitable capability of integration between SWAT and CLUE-S models when generating data that contribute to the analysis of environmental impact of oil palm expansion in the Northeast of Para State. Such contribution is also relevant to the rural environmental planning and management in ungauged river-basins in Eastern Amazon, since the results found here demonstrate the efficiency of the method in providing an improved knowledge of the hydrological behavior of these basins concerning land use and land cover changes dynamics.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O atual nível das mudanças uso do solo causa impactos nas mudanças ambientais globais. Os processos de mudanças do uso e cobertura do solo são processos complexos e não acontecem ao acaso sobre uma região. Geralmente estas mudanças são determinadas localmente, regionalmente ou globalmente por fatores geográficos, ambientais, sociais, econômicos e políticos interagindo em diversas escalas temporais e espaciais. Parte desta complexidade é capturada por modelos de simulação de mudanças do uso e cobertura do solo. Uma etapa do processo de simulação do modelo CLUE-S é a quantificação da influência local dos impulsores de mudança sobre a probabilidade de ocorrência de uma classe de uso do solo. Esta influência local é obtida ajustando um modelo de regressão logística. Um modelo de regressão espacial é proposto como alternativa para selecionar os impulsores de mudanças. Este modelo incorpora a informação da vizinhança espacial existente nos dados que não é considerada na regressão logística. Baseado em um cenário de tendência linear para a demanda agregada do uso do solo, simulações da mudança do uso do solo para a microbacia do Coxim, Mato Grosso do Sul, foram geradas, comparadas e analisadas usando o modelo CLUE-S sob os enfoques da regressão logística e espacial para o período de 2001 a 2011. Ambos os enfoques apresentaram simulações com muito boa concordância, medidas de acurácia global e Kappa altos, com o uso do solo para o ano de referência de 2004. A diferença entre os enfoques foi observada na distribuição espacial da simulação do uso do solo para o ano 2011, sendo o enfoque da regressão espacial que teve a simulação com menor discrepância com a demanda do uso do solo para esse ano. / Present state of land use changes impacts global environmental changes. Land use and cover changes are complex processes and do not occur at random pattern in an area. In general, they are determined locally, regionally and globally by geographic, environmental, social, economic and political factors interacting at diverse temporal and spatial scales. Part of this complexity can be modeled by land use and cover change simulation models. An important step of simulation process in CLUE-S model is local influence of driving forces over the occurrence of a land use type. This influence is obtained by logistic regression model. A spatial lag regression model is proposed to select driving forces. This model incorporates spatial neighborhood information which is ignored by logistic regression. Based on a lineal trend scenario of land use demand, simulations of land use changes for Coxim microbasin, Mato Grosso do Sul, were generated, analyzed and compared using CLUE-S model under logistic and spatial regression approaches. The period of simulations was 2001-2011. Both approaches revealed elevated concordance, high global accuracy and Kappa index, to land use for 2004 reference year. Differences were observed for spatial distribution for land use simulations for 2011. Spatial lag regression simulation for 2011 reached less discrepancy to land use demand for that year.

O zoneamento agroecológico (ZAE) pode ser um instrumento efetivo de ordenamento territorial setorial rural. Suas diretrizes e suas orientações técnicas podem compor os fatores exploratórios de modelos de mudança de uso e cobertura da terra. No Brasil, via de regra, utiliza-se o zoneamento econômico-ecológico (ZEE) como um instrumento de ordenamento territorial e o ZAE é aplicado com o objetivo de fornecer subsídios para o planejamento do uso agrícola das terras, limitando-se, grosso modo, à indicação de sistemas agrícolas e agropecuários potenciais e sustentáveis adaptados ao clima e ao solo. Um ZAE que fomentou políticas de ordenamento territorial setorial rural foi o Zoneamento Agroecológico da Cana-de-açúcar (ZAE-Cana), de 2009, ordenando a expansão da área plantada com cana-de-açúcar para a indústria sucroalcooleira no território brasileiro. Esta tese discute as diferenças de método na elaboração de suas diretrizes e de suas orientações técnicas que permitiram considerar as dimensões social e política e verifica se esse ZAE extrapolou a aplicação de indicativo de áreas potenciais e passou a fomentar políticas públicas de ordenamento da expansão da área plantada com cana-de-açúcar para a indústria sucroalcooleira no território brasileiro. O estudo permitiu concluir que o ZAE-Cana é utilizado como um instrumento efetivo de ordenamento territorial para setor rural por ter incluído as dimensões social e política nas etapas de definição das diretrizes, na validação das análises e na elaboração das orientações técnicas, ou seja, em todas as fases do zoneamento. Em um segundo momento elaborou-se um estudo da aplicação das diretrizes e das orientações técnicas do ZAE como parâmetros para a modelagem de uso e cobertura da terra. Observou-se a correlação das variáveis advindas do ZAE-Cana com os usos e coberturas da terra de 2003 e de 2009 para os estados de Goiás e de São Paulo e aplicou-se o modelo Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent (CLUE-S) no estado de Goiás de 2003 a 2009 (validação) e de 2009 a 2025 (simulação) para verificar o uso dessas variáveis no processo de modelagem, o que permitiu concluir que é viável a aplicação das diretrizes, das orientações técnicas e de outras informações conseguidas durante a elaboração dos zoneamentos agroecológicos em modelos de mudança de uso e cobertura da terra.

In spite tropical forests are the most important terrestrial global carbon sinks due to carbon storage in aboveground biomass, it is also the primary target of deforestation. The conversion of Tropical forests into anthropogenic areas might disrupt biological flux and also lead to severe microclimatic changes at forest edges. These combined effects can trigger profound changes in plant composition through both high mortality of fragmentation-sensitive species and proliferation of disturbed-adapted species which will ultimately impacts carbon storage. Thus, our main objective in this study was understand the role of human-induced disturbances in modulate the dimension of biomass loss at tropical forests. We applied a systematic literature review searching for empirical evidences that edge effects can drive biomass loss in tropical forests (Chapter 2). Our findings highlighted the gap of knowledge about the pattern and process related to biomass loss in tropical forests. To strengthen this understanding, we formulated a conceptual model linking landscape structure and patch-level attributes to severity of edge effects affecting aboveground biomass. Our model hypothesizes that habitat amount, isolation, time since edge creation, and the synergism between edge distance, patch size, and matrix type are the main drivers of biomass loss in anthropogenic tropical forests. We thus used a large plant dataset (18 503 trees ≥ 10 cm dbh) from 146 sites distributed across four Mexican and four Brazilian rainforest regions to test our conceptual model predictions, specifically the influence of forest cover, site isolation, edge distance, patch size and type of matrix on biomass (Chapter 3). We observed that carbon-rich sites presented species that are typical of old-growth forests (shade-tolerant, large-seeded, zoocoric) contrasting to carbon-poor sites composed by disturbed-adapted species (pioneer occupying the understory). Large shade-tolerant trees (≥ 40 cm dbh) were impacted severely by the combination of forest loss and edge effects. Edge distance, patch size, and the amount of open-matrix strongly influence small shade-tolerant trees (≤ 20 cm dbh). Although our results do not fully corroborate the initial predictions of the conceptual model, they support the idea that landscape composition interact with patch structure and ultimately impacts biomass stocks in fragmented tropical forests. Finally, we further investigated if the disturbance level of the region influences plant-structure responses to forest loss (Chapter 4). Biomass, but not plant density, was affected by forest loss in regions with intermediate disturbance levels, i.e. regions showing a combination of moderate deforestation (20-40% of remaining forest cover) disturbed during the past 30-60 years, high defaunation but harboring relictual populations of large-mammals, and areas mostly composed by heterogeneous matrices. In general, our findings highlight that both landscape composition and patch structure are the main drivers of biomass loss in Neotropical forests, and that the landscape context must be considered to obtain more reliable estimations of carbon emissions due to forest degradation. Landscape planning (e.g. restoration of forest cover) should be included in conservation strategies in order to sustain carbon storage. Moreover, we advocate that conservation initiatives will be less costly and more effective if implemented in areas under intermediate disturbance levels / Apesar das florestas tropicais serem a mais importante fonte mundial de carbono da porção terrestre do globo devido ao armazenamento de carbono na biomassa acima do solo, elas são também o alvo primário do desmatamento. A conversão das florestas Tropicais em áreas antropogênicas pode interromper o fluxo biológico e também levar a severas mudanças microclimáticas na borda dos fragmentos. A combinação desses efeitos pode engatilhar profundas mudanças na composição da vegetação através tanto da mortalidade de espécies sensíveis à fragmentação como também pela proliferação de espécies adaptadas distúrbios, com impactos finais nos estoques de carbono. Assim, o maior objetivo desse estudo foi compreender o papel dos distúrbios induzidos pelo homem na modulação da dimensão da perda de biomassa em florestas Tropicais. Nós aplicamos uma revisão sistemática da literatura procurando por evidências empíricas de que o efeito de borda pode levar a perda de biomassa em florestas tropicais (Capítulo 2). Nossos resultados destacam a lacuna de conhecimento entre padrões e processos relacionados à perda de biomassa em florestas Tropicais. Para fortalecer esse conhecimento, nós formulamos um modelo conceitual conectando estrutura da paisagem e atributos na escala do fragmento à severidade do efeito de borda, e assim afetando a biomassa acima do solo. Nosso modelo hipotetiza que a quantidade de hábitat, o isolamento, o tempo desde a formação da borda e o sinergismo entre tamanho do fragmento, distância da borda e tipo de matriz são os principais condutores de perda de biomassa em florestas Tropicais antropogênicas. Utilizando um grande banco de dados (18 503 árvores ≥ 10 cm dap) provenientes de 146 locais distribuídos em quatro regiões de floresta úmida no México e quatro no Brasil, nós então testamos as predições do nosso modelo conceitual. Especificamente, a influência da cobertura florestal, isolamento, distância da borda, tamanho do fragmento e tipo de matriz sobre a biomassa (Capítulo 3). Nós observamos que áreas com muito carbono apresentaram espécies típicas de florestas maduras (tolerantes ao sombreamento, zoocóricas, com sementes grandes) contrastando com áreas com pouco carbono compostas por espécies adaptadas à distúrbio (pioneiras ocupando o sub-bosque). Árvores grandes tolerantes ao sombreamento (≥ 40 cm dap) foram impactadas severamente pela combinação de perda de cobertura florestal e efeitos de borda. Distância da borda, tamanho do fragmento e a extensão da área de matriz aberta influenciaram fortemente as árvores pequenas tolerantes a sombreamento (≤ 20 cm dap). Apesar dos nossos resultados não corroborarem completamente as predições iniciais do nosso modelo conceitual, eles dão suporte à ideia de que a composição da paisagem interage com a estrutura do fragmento com impactos finais nos estoques de biomassa em florestas Neotropicais. Por fim, nós investigamos se o nível de distúrbio da região pode influenciar nas respostas da estrutura da vegetação à perda de cobertura florestal. Biomassa, mas não a densidade de indivíduos, foi afetada pela perda de cobertura florestal em regiões com nível intermediário de distúrbio, i.e. regiões apresentando uma combinação de níveis moderados de desmatamento (20-40% de cobertura florestal remanescente) em que a perturbação ocorreu ao longo dos últimos 30-60 anos, com alto grau de defaunação mas ainda abrigando populações relictuais de grandes mamíferos e, em sua maioria, compostos por uma matriz heterogênea. Em geral, nossos resultados destacaram que tanto a composição da paisagem como a estrutura do fragmento são os principais condutores de perda de biomassa em florestas Neotropicais e que o contexto da paisagem deve ser considerado para se obter estimativas mais confiáveis de emissão de carbono devido à degradação florestal. O planejamento da paisagem (e.g. restauração da cobertura florestal) deve ser incluído em estratégias de conservação em ordem de sustentar o armazenamento de carbono. Além disso, nós defendemos que iniciativas de conservação serão menos custosas e mais efetivas se implementadas em áreas sob níveis intermediários de distúrbio

A atividade de mudança do uso da terra na Amazônia vem sendo apontada como principal fonte de CO2 para a atmosfera em função das emissões de C e N provenientes do solo. A prática de manejo adotada pode influenciar significativamente nos estoques de C e N do solo funcionando como dreno ou fonte de C e N para a atmosfera. Além disso, podem ser alterados: a fertilidade e a densidade do solo bem como as frações e a origem da MOS. Com o objetivo de avaliar o impacto das mudanças de uso da terra na região leste da Amazônia foram coletadas amostras de terra nos principais usos da terra na região de Santarém-PA, em três profundidades: 0-10, 10-20 e 20-30 cm. Através das amostras foi realizada a caracterização físico-química das áreas e foram determinados os teores de C e N do solo e os isótopos ? 13C e ? 15N com a finalidade de quantificar os estoques de C e N do solo e avaliar a dinâmica e origem da MOS. Para um subconjunto de amostras foi realizado o fracionamento físico da MOS e a determinação do C da biomassa microbiana para compreender como a mudança de uso da terra interferiu nessas frações. Somado a essas determinações foi realizada a estimativa dos fatores de emissão com base na metodologia descrita pelo IPCC. Através da caracterização físicoquímica as áreas de estudo são caracterizadas por solos argilosos a muito argilosos. Os maiores valores de pH, macronutrientes, CTC, SB e V% foram observados nas áreas de agricultura (AGR) sugerindo que a utilização de práticas como adubação e calagem, são capazes de alterar os padrões de fertilidade do solo na Amazônia, aumentando seus índices de fertilidade. Para os estoques de C e N pode-se dizer que a mudança de uso da terra na região estudada está contribuindo para as perdas de C e N do solo, principalmente quando a conversão é realizada para áreas de agricultura (AGR) e pastagem (PA) sendo que os estoques de C observados na camada de 0-30 cm nessas áreas foram 49,21 Mg C ha-1 (PA) e 48,60 Mg C ha-1 (AGR). O maior valor de ? 13C foi encontrado nas áreas de pastagens, -25,08?, sugerindo que para as áreas de PA existe diluição isotópica e que parte do C do solo ainda é remanescente da floresta. As frações da MOS apresentaram alterações na quantidade de C e na proporção das frações leve e oclusa, principalmente nos usos AGR e PA. A fração lábil da MOS (C da biomassa microbiana) também apresentou grande diferença entre os usos FLO e AGR (526,21 e 296,78 ?g g-1de solo seco), indicando que a AGR foi o uso que mais alterou os estoques de C e N do solo e também as frações da MOS. Os fatores de emissão calculados confirmam todos os resultados observados em relação a conversão de FLO para AGR, sendo que para esse uso o fator de emissão foi de 0,93 ± 0,033, sendo então o uso que mais emitiu C. Com base nos resultados conclui-se que a introdução de áreas agrícolas na região de Santarém, é a principal causa de perda de C e N do solo e consequentemente é o uso que mais contribui com as emissões de gases do efeito estufa. / The land use change in the Brazilian Amazon has been identified as the main source of CO2 to the atmosphere due to emissions of soil carbon and nitrogenl. The management practice adopted can strongly influence the soil C and N stocks and may works like a sink or source of C and N to the atmosphere. Furthermore, can be changed: the soil fertility and bulk density as well as the SOM fractions and C source of the SOM. With the objective of evaluate the impact of the land use change in eastern Amazonia soil samples were collected in the main land uses in Santarém region, Para State of Brazil, at three depths: 0-10, 10-20 and 20-30 cm. Through the samples was performed the physicochemical characterization of the areas and were determined the soil C and N contents as well the isotopes ? 13C and ? 15N in order to quantify the soil C and N stocks and understand the SOM dynamics and evaluate the SOM origin. For a subset of samples were performed the physical fractionation of SOM and the determination of microbial biomass C to understand how the land use change may interfere in these fractions. Added to these determinations were estimated the emission factors based on the methodology described by the IPCC. Through the physicochemical characterization study areas can be characterized as a clayey loamy soils. The highest values of pH, macronutrients, CEC , sum of bases and base saturation were observed in croplands (CP), suggesting that the use of practices such as fertilization and liming are able to change the soil fertility patterns in the Amazon, increasing their fertility. For C and N stocks can be said that the land use change in the study area is contributing to the loss of soil C and N, especially when the conversion is done for croplands (CP) and grasslands (GS) areas and the value observed for soil C stocks in the 0-30 cm layer in these areas were 49.21 Mg C ha-1 (GS) and 48.60 Mg C ha-1 (CP). The highest ? 13C value was found in GS, -25.08 ?, suggesting that for these areas is occurring an isotope dilution and that part of the soil C is still remaining from forest. The SOM fractions showed changes in the amount of C and in the proportion of light and occluded fractions, especially in the uses CP and GS. The labile SOM fractions (microbial biomass) also showed a large difference between the UF and CP uses (526.21 and 296.78 mg g-1 of dry soil), indicating that CP affects the soil C and N stocks and also the SOM fractions. The emission factors calculated confirm all results observed for the conversion of UF for CP, and for this use the emission factor was 0.93 ± 0.033, and then this was the use that emitted more C. Based on the results we conclude that the introduction of croplands in Santarem region is the main cause of soil C and N loss and consequently contributes more to the greenhouse gases emission.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-14T10:58:52Z No. of bitstreams: 1 EWERTON CLEUDSON DE SOUSA MELO - TESE (PPGMet) 2016.pdf: 4714414 bytes, checksum: 399def91bcd71b3e8a00a6b001dcfd4b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-14T10:58:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EWERTON CLEUDSON DE SOUSA MELO - TESE (PPGMet) 2016.pdf: 4714414 bytes, checksum: 399def91bcd71b3e8a00a6b001dcfd4b (MD5) Previous issue date: 2011-06-30 / CNPq / Neste trabalho a versão 6.0 do modelo numérico RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) é usada com o objetivo principal de simular a influência da expansão agrícola nas trocas de água e energia em áreas de Caatinga, e quantificar os efeitos das mudanças na cobertura e uso da terra na geração de circulações termicamente induzidas e na atividade convectiva. Os cenários de uso da terra investigados neste estudo foram construídos para representar condições ambientais nativas (sem influências antrópicas), e com alterações decorrentes da construção da represa de Sobradinho, e da expansão de atividades agrícolas e irrigação em região de clima semiárido. O ambiente atmosférico de grande escala é caracterizado pela estrutura dinâmica e termodinâmica típica da área central de um vórtice ciclônico de altos níveis (VCAN). A escolha do período de estudo teve como objetivo garantir condições ambientais com ampla diversidade agrícola em áreas de Caatinga (culturas de sequeiro e agricultura irrigada), e pouca nebulosidade. A evolução temporal da precipitação convectiva acumulada nas simulações da expansão agrícola mostra diferenças marcantes nos efeitos da agricultura de sequeiro e vegetação irrigada. O aumento na taxa da evapotranspiração nas áreas irrigadas eleva consideravelmente o teor de umidade nos baixos níveis da troposfera, reduz a temperatura do ar e diminui a precipitação convectiva. A descontinuidade na umidade e tipo de cobertura vegetal modifica a intensidade e distribuição dos fluxos turbulentos que são importantes na formação dos gradientes de pressão que geram circulações de brisa (brisa lacustre e de vegetação), de forma que o domínio nos transportes verticais de calor e água passa a ser da mesoescala. Verificou-se que as principais forçantes locais na determinação da distribuição espacial dos fluxos turbulentos e da chuva convectiva foram a topografia e a descontinuidade no teor de umidade do solo. Com relação a estabilidade atmosférica percebeu-se a existência de uma relação quase linear entre a Energia Potencial Convectiva Disponível (CAPE) e a temperatura potencial equivalente. / In this work the version 6.0 of the numerical model RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) is used with the main objective of simulating the influence of agricultural expansion on the water and energy exchange in Caatinga vegetation areas, and to quantify the effects that changes on soil use and coverage have on the generation of thermally induced circulations and convective activity. The scenarios of soil use investigated are designed to represent native environmental conditions (without anthropogenic influences) and with alterations due to the implementation of the Sobradinho reservoir, and the expansion of agricultural activities and irrigation in a semiarid climate area. The large scale atmospheric ambient is characterized by the dynamic and thermodynamic structure typical of the central area of an upper level cyclonic vortex. The period of study was chosen aiming at environmental conditions with largely diversified agricultural use in Caatinga vegetation areas (agriculture with and without irrigation), and almost cloudless skies. The temporal evolution of the accumulated convective precipitation in the numerical simulations of the agricultural expansion shows large differences in the effects of agriculture with and without irrigation. The irrigated areas higher evapotranspiration rate causes a substantial increase in the moisture content in the lower troposphere, and lower the air temperature and convective precipitation.

Made available in DSpace on 2014-07-29T16:23:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Ricardo Dobrovolski.pdf: 1981880 bytes, checksum: 8c60352c3d999171ab957f065b32a9db (MD5) Previous issue date: 2012-04-10 / Agriculture is the human activity with the greatest impact on the environment. Specifically, it represents the greatest threat to biodiversity. In the future, this activity should expand due to population growth, increased consumption and production of biofuels from food. To understand the possible impacts of this expansion on biodiversity, we used scenarios of land use change between 1970 and 2100 from IMAGE (Integrated Model to Access Global Environment) to test the following hypotheses: (i) areas considered as global priorities for conservation by international NGOs will be preferentially impacted by agricultural expansion in the XXI century, (ii) there is a conflict between the priority areas for carnivores conservation and agricultural expansion, and this conflict can be reduced by incorporating information on agricultural expansion in the prioritization process, (iii) the integration among countries for conservation planning may benefit both biodiversity and agricultural productivity, (iv) Brazilian protected areas will be impacted by agricultural expansion in the future and this impact will differ between protected areas of integral protection and those of sustainable use. We found that: (i) the impact on priority areas for conservation depends on the criteria by which they were set, so that areas defined by its high vulnerability are currently most affected than those of low vulnerability. Throughout the XXI century this impact is expected to increase, although the difference between the two types of priorities remains, except for High Biodiversity Wilderness Areas, defined by their low vulnerability in current time, but for which most pessimistic scenarios forecast an impact similar to priority areas of high vulnerability, (ii) there is a high spatial congruence between areas with high agricultural use in the future and priority areas for conservation of carnivores. This conflict can be reduced if the prioritization process include information on agricultural expansion; this incorporation, however, causes a profound change in the distribution of priority areas and reduces the number of protected carnivore populations, (iii) the integration of countries to create a set of priority areas for conservation that represents 17% of the land surface can protect 19% more mammal populations without reducing food production, compared to a strategy in which each country seeks to protect its territory independently, and (iv) the impact of agriculture in Brazil is expected to increase until the end of the century, threatening even the protected areas and their surroundings. This impact, however, should not be different between areas of sustainable use and those of integral protection. We conclude that agricultural expansion should remain a major threat to biodiversity in the future, even in areas of special interest for conservation. Conservation actions should be planned taking into account this threat in order to reduce their potential impacts. For this, countries like Brazil should strengthen its surveillance on agricultural expansion and on how this activity is developed. Furthermore, the integration of international conservation efforts should be pursued, given its benefits for biodiversity and food production. Finally, humanity must choose methods of agricultural production that reduce its impacts, including avoiding its future expansion, so as to meet the increasing needs of a human population globally. / A agricultura é a atividade humana com maior impacto sobre o ambiente. Particularmente, ela representa a maior ameaça à biodiversidade. No futuro, essa atividade deve expandir-se com o aumento populacional humano, o aumento do consumo e a produção de biocombustíveis a partir dos alimentos. Para entender os possíveis impactos dessa expansão sobre a biodiversidade, nós utilizamos cenários de mudança de uso do solo entre 2000 e 2100 do IMAGE (Integrated Model to Access Global Environment) para testar as seguintes hipóteses: (i) as áreas consideradas como prioridades globais de conservação pelas ONGs internacionais serão preferencialmente impactadas pela expansão agrícola no século XXI; (ii) há um conflito entre áreas prioritárias para a conservação de carnívoros e a expansão agrícola e esse conflito pode ser reduzido com a incorporação da informação sobre expansão agrícola no processo de priorização; (iii) a integração entre os países para o planejamento da conservação pode ser favorável à proteção da biodiversidade e à produção agrícola; (iv) no Brasil, as áreas protegidas serão impactadas pela expansão agrícola no futuro e esse impacto será diferente entre áreas de proteção integral e áreas de uso sustentável. Nós encontramos os seguintes resultados: (i) o impacto sobre as áreas prioritárias para a conservação depende dos critérios pelos quais elas foram definidas, assim, as áreas definidas por sua alta vulnerabilidade estão atualmente mais impactadas do que áreas de baixa vulnerabilidade. Ao longo do século XXI, o impacto geral da agricultura deve aumentar, mas a diferença entre os dois tipos de prioridades se mantém, exceto para as High Biodiversity Wilderness Areas, definidas por sua baixa vulnerabilidade, mas que nos cenários mais pessimistas podem ter um impacto agrícola semelhante ao das áreas de alta vulnerabilidade; (ii) há uma alta congruência espacial entre áreas com elevado uso agrícola no futuro e áreas prioritárias para a conservação de carnívoros; esse conflito pode ser reduzido se o processo de priorização incluir as informações sobre a expansão agrícola; a incorporação dessa informação, entretanto, provoca uma profunda alteração na distribuição das áreas prioritárias e reduz o número de populações de carnívoros protegidas; (iii) a integração entre os países para a criação de um conjunto de áreas prioritárias para conservação que represente 17% da superfície terrestre pode proteger 19% mais populações de mamíferos sem reduzir a produção de alimentos, se comparada a uma estratégia em que cada país busque proteger seu território independentemente; (iv) o impacto da agricultura no Brasil deve aumentar até o fim do século XXI, ameaçando inclusive as áreas protegidas e o seu entorno. Esse impacto, porém, não deve ser diferente entre as áreas de uso sustentável e aquelas de proteção integral. Assim, a expansão agrícola deve continuar a ser uma importante ameaça à biodiversidade no futuro, atingindo inclusive áreas de especial interesse para a conservação. As ações de conservação devem ser planejadas levando em consideração essa ameaça, a fim de reduzir seus impactos potenciais. Para isso, países como o Brasil devem reforçar sua vigilância sobre a expansão agrícola e a maneira como essa atividade é desenvolvida. Além disso, a integração internacional dos esforços de conservação deve ser buscada, dados seus benefícios para a biodiversidade e para a produção de alimentos. E por fim, a humanidade deve optar por formas de produção agrícola que reduzam seus impactos, inclusive evitando sua expansão futura, mas que possam satisfazer as necessidades da população humana globalmente.