Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2016-06-09T17:37:52Z No. of bitstreams: 2 Tese - Marcos Vinícius Lopes - 2016.pdf: 7361549 bytes, checksum: 7691bd988a17fa6c9a4600fe56f7e06a (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-06-10T11:36:37Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Marcos Vinícius Lopes - 2016.pdf: 7361549 bytes, checksum: 7691bd988a17fa6c9a4600fe56f7e06a (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-10T11:36:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Marcos Vinícius Lopes - 2016.pdf: 7361549 bytes, checksum: 7691bd988a17fa6c9a4600fe56f7e06a (MD5) license_rdf: 19874 bytes, checksum: 38cb62ef53e6f513db2fb7e337df6485 (MD5) Previous issue date: 2016-03-29 / The world population recently surpassed the amount of 7 billion people. The Food and Agriculture Organization, FAO, reported that there is more than 1 billion people on the map of global hunger. Increase food production, reduce poverty and hunger, combined with local, regional and global environmental problems, it has been the major challenges for global managers. It is in this context that the present tropical savannas as potential producers and providers, specially of food to meet these demands for proteins, grains, fiber and energy for the entire globe. The Cerrado, second Brazilian biome in area, is the Brazilian savannah, which holds a large and rich biodiversity. Over the last fifty years, the process of land use and cover changes brought about profound changes in the Cerrado, especially in the vast, flat areas of the State of Goiás. Group study and research of the phenomenon of land-use land cover change and they are developing research in various regions and continents of the world with the use of mathematical / statistical modeling and logistic regressions in urban and rural areas. Model such phenomena helps to outline scenarios for the optimization of food production, safeguarding the natural areas remaining. This paper presents the development of research and creation of the possibility of conversion to the Agriculture Index (IPCA). This index, based on logistic regression, seeks to establish patterns in the occurrence of the expansion of the agricultural frontier in the Cerrado Goiano. The results of this research demonstrate that allowed the construction of models to assess use change processes and land cover is fully feasible. Although it was not possible the ranking of variables, drivers in degree of importance, it was possible to establish the top 25 attributes in the agricultural expansion process in the cut of the study. The IPCA has measured that maintaining the current agricultural expansion characteristics in the last 12 years, there are more than 58,790 km2 (~ 17.3% of the territory of Goiás) able to be converted to the practice of agriculture. This increase would represent more than double the area devoted to agricultural use in the State of Goias under the criteria of IPCA. This construction requires the knowledge in several areas, since it requires a transdisciplinary approach to the problem to understand its complexity, in order to identify the variables, drivers who run and provide the alteration processes of land use, to enable the instrument to assist and support managers,public and private, in decision-making with regard to this important Brazilian biome. / A população mundial ultrapassou recentemente a quantia de 7 bilhões de habitantes. A Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, FAO, divulgou que há mais de 1 bilhão de pessoas no mapa da fome global. Aumentar a produção de alimentos, diminuir a miséria e a fome, aliados aos problemas ambientais locais, regionais e globais, tem sido os grandes desafios para os gestores mundiais. É nesse contexto que se apresentam as savanas tropicais como potenciais produtoras e provedoras de alimentos para satisfazer essas demandas por proteínas, grãos, fibras e energia para todo o globo terrestre. O Cerrado, segundo Bioma brasileiro em área, é a savana brasileira, detentora de uma grande e rica biodiversidade. Nos últimos cinquenta anos, o processo de mudanças do uso e cobertura da terra provocou profundas mudanças no Bioma Cerrado, em especial nas vastas e planas regiões do Estado de Goiás. Grupos de estudo e pesquisa do fenômeno das mudanças de uso e cobertura da terra vêm desenvolvendo pesquisas em várias regiões e continentes do mundo com o uso da modelagem matemático/estatística e de regressões logísticas em áreas urbanas e rurais. Modelar tais fenômenos ajuda a traçar cenários para a otimização da produção de alimentos, salvaguardando as áreas de remanescentes naturais. O presente trabalho apresenta a pesquisa de desenvolvimento e criação do Índice de Possibilidade de Conversão à Agricultura (IPCA). Esse índice, baseado na regressão logística, procura estabelecer os padrões na ocorrência da expansão da fronteira agrícola no Cerrado goiano. Os resultados obtidos com esta pesquisa permitiram demonstrar que a construção de modelos para aferir processos de mudanças de uso e cobertura da terra é plenamente factível. Apesar de não ter sido possível o ranqueamento das variáveis, drivers, em grau de importância, foi possível estabelecer os 25 principais atributos no processo de expansão agrícola no recorte do estudo. O IPCA aferiu que, mantendo-se as atuais características de expansão da agricultura, existem mais de 58.790 km2 (~ 17,3% do território goiano) possíveis de serem convertidos para a prática da agricultura. Este acréscimo representaria mais do que dobrar a área dedicada ao uso agrícola no Estado de Goiás sob os critérios do IPCA. A construção de modelos demanda o conhecimento em várias áreas, uma vez que exige uma visão transdisciplinar do problema para entender sua complexidade. O índice demonstrou ser um instrumento prático na tarefa de auxiliar e subsidiar os gestores, públicos e privados, nas tomadas de decisão no que se refere a este importante Bioma brasileiro.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-08-29T19:36:13Z No. of bitstreams: 1 antoinephilippecasquin.pdf: 13270422 bytes, checksum: 1cbe3af7facd7e3a2ef51493b33cc893 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-30T11:49:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 antoinephilippecasquin.pdf: 13270422 bytes, checksum: 1cbe3af7facd7e3a2ef51493b33cc893 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-30T11:49:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 antoinephilippecasquin.pdf: 13270422 bytes, checksum: 1cbe3af7facd7e3a2ef51493b33cc893 (MD5) Previous issue date: 2016-08-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A Bacia Hidrográfica do rio Preto (BHRP) é uma bacia estratégica por representar 15% em superfície da bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul. A BHRP também é um território onde vivem 700.000 habitantes, sendo mais de 500.000 concentrados na área urbana de Juiz de Fora. As pequenas cidades e as florestas muito fragmentadas se destacam no meio das pastagens que dominam a paisagem. Os solos são em geral pobres e susceptíveis a erosão, além das declividades acentuadas. A qualidade da água é alterada por fontes pontuais (indústrias, lixões, aterros, incineradores) e fontes difusas mais difíceis de identificar. Essa pesquisa teve como objetivo relacionar a qualidade da água na BHRP com fatores físicos (relevo, solos, morfometria e pluviometria) e antrópicos (uso e cobertura da terra e densidade de população). Esses fatores foram quantificados com o emprego do Geoprocessamento para as 17 sub-bacias da BHRP, cobrindo seus quatros rios principais: rio Preto, rio do Peixe, rio Paraibuna e rio Cágado. Essas sub-bacias correspondem aos pontos de monitoramento de qualidade da água do IGAM. A evolução espacial da qualidade da água do Eixo Paraibuna-Peixe-Preto foi avaliada ao atravessar a área urbana de Juiz de Fora e ao ser diluída a jusante pelos rios principais dessa Bacia. Essa primeira etapa permitiu determinar que os parâmetros OD e DBO foram os mais impactados pela área urbana de Juiz de Fora e que os parâmetros Ferro Dissolvido, Manganês Total, Fósforo Total e Escherechia Coli sofriam alterações crónicas na globalidade da BHRP, classificando assim a suas águas como incompatíveis com os usos pretendidos. Contaminações com metais (cádmio, chumbo e zinco) foram detectadas a montante e a jusante de Juiz de Fora, indicando o impacto pontual de indústrias nesses parâmetros. Correlações não paramétricas foram calculadas entre os fatores e as variáveis. Observou-se uma grande interdependência dos fatores físicos e antrópicos. A análise das correlações entre os fatores e as variáveis de qualidade da água apontou que o uso e cobertura da terra foi o fator mais determinante da qualidade da água da BHRP. Concentrações altas de manganês, de chumbo e de cianetos livres foram encontradas na BHRP sem explicação pelas características das suas sub-bacias. A classe “área urbana densa” piorou quase todos os parâmetros e a classe “vegetação arbórea e arbustiva” melhorou em quase todos. A classe “vegetação rasteira” piorou os parâmetros relativos a contaminação fecal e os nutrientes, sobretudo na estação chuvosa. Esses resultados indicam que as contaminações pontuais e difusas da água devem ser investigadas e fiscalizadas com mais efetividade na BHRP, com destaque para a difusa, e que, no mínimo, as leis de preservação e proteção dos recursos hídricos devem ser aplicadas. / Le bassin hydrographique du la rivière Preto (BHRP) est un bassin stratégique représentant 15% de la surface du bassin hydrographique de la rivière Paraíba do Sul. La BHRP est aussi un territoire où vivent 700.000 habitants, dont plus de 500 000 concentrés dans la zone urbaine de Juiz de Fora. De petites villes et des fragments de forêts au milieu de vastes pâturages composent le paysage. Les sols sont généralement pauvres et sensibles à l'érosion, en plus des pentes raides. La qualité de l'eau est altérée par des sources ponctuelles (industries, décharges, incinérateur) et des sources diffuses plus difficiles à identifier. Cette étude a eu pour objectif de relier la qualité de l'eau dans BHRP à des facteurs physiques (topographie, sols, morphométries et précipitations) et anthropiques (occupation et utilisation du sol et densité de population). Ces facteurs ont été déterminés à travers l’utilisation de la géomatique pour les 17 sous-bassins de la BHRP couvrant ses quatre principaux fleuves : le rio Preto, le rio do Peixe, le rio Paraibuna et le rio Cágado. Ces sous-bassins correspondent aux points de contrôle de la qualité de l’eau de IGAM (Institut de Gestion des Eaux du Minas Gerais). L'évolution spatiale de la qualité de l’eau suivant un axe Paraibuna-Peixe-Preto a été étudiée de la traversée de la zone urbaine de Juiz de Fora et jusqu’aux dilutions en aval par les principales rivières de ce bassin. Cette première étape a permis de déterminer que les paramètres OD et de DBO ont été les plus touchés par la zone urbaine de Juiz de Fora et que les paramètres « fer dissous », « manganèse total », « phosphore total » et « Escherechia Coli » subissent des altérations chroniques dans la globalité de la BHRP, classifiant ainsi ses eaux comme incompatibles avec l'utilisation prévue par la législation. Des contaminations aux métaux (cadmium, plomb et zinc) ont été détectées en amont et en aval de Juiz de Fora, indiquant l’impact ponctuel des industries. Des corrélations non paramétriques ont été calculées entre les caractéristiques naturels et anthropiques des sousbassins (facteurs) et les paramètres de qualité de l’eau. Une grande interdépendance des facteurs physiques et humains a été constatée. L'analyse des corrélations entre les facteurs et les paramètres de la qualité de l'eau a montré occupation et utilisation du sol a été le facteur le plus déterminant de la qualité de l’eau de la BHRP. Des concentrations élevées de manganèse, de plomb et de cyanure libre ont été trouvés dans BHRP sans pouvoir être expliqués par les caractéristiques de leurs sous-bassins. La classe «aire urbaine dense" a empiré presque tous les paramètres et la classe "végétation arborée ou arbustive" classe les a presque tous améliorée. La classe "pâturage" a empiré les paramètres relatifs à la contamination fécale et augmenté les concentrations de macronutriments (azote et phosphore), en particulier pendant la saison des pluies. Ces résultats indiquent que la contamination ponctuelle et particulièrement la contamination diffuse de l'eau doit être étudiée et surveillée de manière plus efficace dans la BHRP, et qu'au minimum, les lois de conservation et de protection des ressources hydriques doivent être appliquées.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / With a 2,809.61 km² area the Itu River Basin is placed in the western side of Rio Grande do Sul. This region, the so-called Campanha Gaúcha, is traditionally used for livestock as it presents plenty of native grasslands. However major changes have been noticed during the last decades in the area activities such as agriculture and forestry use of the fields instead. Sandy desertification and gully erosion have also taken place due to very friable geological substrates. So this work aims to analyze the spatial and temporal changes of the land use in five micro-basins around Itu River and their relationship with limnological variables. Descriptive analysis of the five micro-basins were performed from the slope, hypsometry, soils and land use. There were selected images captured by the Landsat TM satellite from January months of 1991, 1999 and 2010 in order to: 1) check the cover and land use evolution by using maps; 2) elaborate a synthesis map considering slope, cover and land use. The land use classes were defined as: forest, field, bare soil, agriculture and water. Hypsometry and slope maps were made from SRTM data while the soil types maps was elaborated with the shapefile downloaded from the IBGE website. The fieldwork was carried out in July 2013 in one sampling point per micro-basin. The water variables analyzed were temperature, pH, electrical conductivity, turbidity and total suspended solids (TSS). The bare soil is the kind of land use which stands out most among the micro-basins as it appears with high percentages. The micro-basins 3 and 4 are the ones which present most significant values for this land use class due to the low desertification in the areas where they are located in. The locations closer to the Itu River springs (most slopped areas) lead to the micro-basins 1 and 2 being the only ones which show a rising forest class. The presence or absence of riparian forest surrounding watercourses may have been influencing the temperature change as well as the turbidity and the amount of solids in suspension. For micro-basin 3 the latest can also have been influenced by the presence of sand on the riverbanks. In their turn pH and electrical conductivity are likely to have been affected by the red latosol which is the predominant soil of the region and presents an acid character (the pH is due to the type of soil where water flows through / A bacia hidrográfica do Rio Itu está localizada na região oeste do Rio Grande do Sul e possui área de 2.809,61 km². O setor oeste do Estado é caracterizado por áreas de campos nativos, regionalmente, conhecido como Campanha Gaúcha e tradicionalmente utilizado para a criação de gado. Entretanto, nas últimas décadas foram observadas significativas mudanças na dinâmica da região, onde os campos passaram a ser explorados por culturas agrícolas e pela silvicultura. Outra característica importante é o desenvolvimento de processos de arenização e voçorocas associado aos substratos geológicos muito friáveis. Portanto, o objetivo desta pesquisa é analisar as variações espaço-temporais do uso e cobertura da terra em cinco microbacias no rio Itu e sua relação com as variáveis limnológicas. Foram realizadas análises descritivas das cinco microbacias a partir da declividade, hipsometria, solos e uso e cobertura da terra. O período de estudo foi de 1991 até 2010, selecionou-se imagens do satélite Landsat TM do mês de janeiro dos anos de 1991, 1999 e 2010 para analisar: 1) a evolução do uso e cobertura da terra através de mapas; 2) confeccionar um mapa síntese considerando-se a declividade e o uso e cobertura da terra. As classes de uso foram assim definidas: floresta, campo, solo exposto, agricultura e água. Os mapas de hipsometria e declividade foram realizados a partir das curvas de nível e dados do radar SRTM, gerando o MNT e após foi realizado o fatiamento das classes. O mapa dos tipos de solos foi baixado o shapefile do site do IBGE e realizado o recorte por microbacia. O trabalho de campo foi realizado em julho de 2013, em total de cinco pontos amostrais, cada um a uma microbacia, as variáveis da água analisadas foram temperatura, pH, condutividade elétrica, turbidez e total de sólidos em suspensão. O tipo de uso da terra que mais se destaca entre as cinco microbacias é o solo exposto que aparece sempre com percentuais altos, sendo que as microbacias 3 e 4 apresentam os valores mais expressivos por estarem inseridas em uma área com processo de arenização. As microbacias 1, 2 e 3 apresentaram a classe floresta em crescimento. A presença e ou a ausência de mata ciliar no entorno dos cursos d água pode estar influenciando na variação de temperatura, no total de sólidos em suspensão e na turbidez. A presença dos areais próximos as margens do rio podem estar influenciando no total de sólidos em suspensão, neste caso na microbacia 3, a qual apresentou o valor mais elevado. O pH e a condutividade elétrica podem estar sendo influenciados pelo tipo de solo predominante da região, o Latossolo vermelho, que apresenta um caráter acido, pois o pH reflete o tipo de solo por onde a água percorre.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The Southwest of Rio Grande do Sul State is characterized by presenting areas of environmental vulnerability and intense degradation, with extensive portions of land covered with sand subjected to local conditions, climatic, geological and geomorphological. These areas are known as sands and the process arenization. In this context, the objective of this research was to analyze the evolution of arenization in the River Basin of Arroio Puitã in the period of 1984-2014, through multi-temporal mapping of 10 in 10 years. Thus it was proposed to verify the best classifier method for mapping the sand, draw up a mapping of land use and occupation of basin area from LANDSAT satellite images of the past 30 years, and analyze the main changes in the land use and occupation in around of the areas of sand. To accomplish such research have been followed some methodological steps described below: first happened data collection; to follow happened the geoprocessing stage initially with the test with five classifiers algorithms supervised pixel by pixel (Minimum Distance, Mahalanobis, MAXVER, Parelelepípedo and SAM) evaluating them from the Kappa coefficient, happened after the making of the use and land cover maps for the years 1984, 1994, 2004 and 2014 and finally were done the geographical analysis with the intersection of the information obtained in the mappings; and the stage corresponding to field work to target recognition of the surface that occurred concurrently with the geoprocessing step. The results revealed as the most appropriate classifier algorithm to map the sandy desertification in Southwest RS, the classifier MAXVER applied to mapping of use and land cover of the river basin for all dates. The mapping for all years considered reveals to us the predominance of fields in the study area, decreasing with the passage of time giving way mainly to agriculture and forestry. There was an expansion of area with arenization at first two periods 1984-1994 and 1994-2004, however the reduction of area in a third period, 2004-2014. Analyzing the whole period it has been the expansion of arenization area 1.87 square kilometers. The expansions and retractions of areas of sand in the period of analysis are directly related to climatic conditions and local relief since the main natural agents responsible for the maintenance of this process are water and wind. / O Sudoeste do Estado do Rio Grande do Sul é caracterizado por apresentar áreas de vulnerabilidade ambiental e de intensa degradação do solo, com extensas porções de terra recobertas por areias submetidos aos condicionantes climáticos, geológicos e geomorfológicos locais. Essas áreas são denominadas de areais e o processo de arenização. Nesse contexto, o objetivo dessa pesquisa foi analisar a evolução dos areais da Bacia Hidrográfica do Arroio Puitã no período 1984 a 2014, através de mapeamento multitemporal de 10 em 10 anos. Assim foi proposto verificar o melhor método classificador para mapeamento dos areais, elaborar um mapeamento do uso e ocupação da terra da bacia da área a partir de imagens de satélite LANDSAT dos últimos 30 anos, e, analisar as principais mudanças no uso e ocupação da terra no entorno das áreas dos areais. Para realizar tal pesquisa se seguiram algumas etapas metodológicas descritas a seguir: primeiramente se deu a coleta de dados; a seguir se deu a etapa de geoprocessamento inicialmente com o teste com cinco algoritmos classificadores supervisionados pixel a pixel (Mínima Distância, Mahalanobis, MAXVER, Parelelepípedo e SAM) avaliando-os a partir do coeficiente Kappa, após se deu a elaboração dos mapas de uso e cobertura da terra para os anos de 1984, 1994, 2004 e 2014, e, por fim as análises geográficas com o cruzamento das informações obtidas nos mapeamentos; e a etapa de trabalho de campo a fim de reconhecimento dos alvos da superfície que ocorreu concomitantemente com a etapa de geoprocessamento. Os resultados revelaram como algoritmo classificador mais adequado ao mapeamento da arenização no Sudoeste do RS o classificador MAXVER aplicado no mapeamento do uso e cobertura da terra da bacia para todas as datas. O mapeamento para todos os anos considerados nos revela a predominância de campos na área de estudo, apresentando redução com o decorrer do período cedendo lugar principalmente à agricultura e à silvicultura. Verificou-se uma expansão de área dos areais nos períodos correspondentes de 1984-1994 e 1994-2004, porém a redução de área num terceiro período, de 2004-2014. Analisando-se todo o período tem-se a expansão dos areais em 1,87 km² de área. As expansões e retrações dos areais no período estão diretamente relacionadas com os condicionantes climáticos e de relevo do local, visto que os principais agentes naturais responsáveis pela manutenção desse processo são a água e o vento.

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.

Unidades de conservação possuem o objetivo de preservar a natureza, evitando o desmatamento e promovendo a sustentabilidade do meio ambiente. Contudo, para que estas atendam aos propósitos para os quais foram criadas, sem acarretar prejuízos sociais ou conflitos com as populações locais, estudos aplicados interdisciplinares são essenciais, agregando conhecimento útil à gestão e ao planejamento das unidades de conservação. Sob a ótica da ciência da complexidade, o objetivo principal deste trabalho foi desenvolver modelos que auxiliassem na compreensão das mudanças no uso e cobertura da terra, realizassem simulações de cenários futuros, e permitissem observar os efeitos da implantação de políticas de preservação sobre a paisagem. Construímos modelos dinâmicos baseados em cadeias de Markov e autômatos celulares, aliados a técnicas de geoprocessamento. Os modelos foram aplicados a um estudo de caso, o Parque estadual do Itinguçu, ao longo de uma série temporal de materiais aerofotográficos de quase 50 anos (1962-2010). Os resultados dos modelos mostraram que a implantação da unidade de conservação foi essencial para barrar o desmatamento, mas que as práticas tradicionais de agricultura itinerante não estavam diretamente relacionadas à conversão da área de floresta, indicando que a incompatibilidade entre preservação e presença humana, muitas vezes usada como justificativa para a implantação de unidades de proteção integral, deve ser reavaliada sob outra perspectiva. Os resultados também apontaram para um desempenho satisfatório do modelo de Markov em projetar tendências, apesar de possuir certa aleatoriedade na alocação dos elementos no espaço. O incremento do autômato celular diminuiu tal aleatoriedade, mas não foi tão eficiente em reproduzir as tendências observadas nas matrizes de transição quanto o modelo de Markov. Concluímos que a metodologia aplicada no presente trabalho foi útil para compreendermos as mudanças na paisagem da área de estudo, e que a escolha do modelo (Markov ou Markov com autômato celular) deve ser feita com base em uma análise criteriosa caso a caso, em conformidade com as prioridades do estudo a ser realizado. Espera-se que esta pesquisa possa fomentar a discussão sobre o uso desta metodologia como uma ferramenta para planejamento e análise de políticas de conservação da natureza e gestão do território / Conservation units have the purpose to preserve the nature, avoiding the deforestation and promoting the environment sustainability. However, for these to be effective in that purpose, without causing social injuries or conflicts with the local population, interdisciplinary applied studies are essential and must be made by different areas of science, adding useful knowledge to the management of protected areas. Under the vision of the Complexity Science, the main goal of this research was to develop models that help in understanding the land use and cover changes, perform simulations of future scenarios, and allow observing the effects of the implementation of conservation policies on the landscape. We built Markov and cellular automata models, allied to the geoprocessing techniques. The models were applied to a case study, the Parque Estadual do Itinguçu, over a time series of aero photographic materials of almost 50 years (1962-2010). The results of the models showed that the implementation of the conservation unit was essential to stop the deforestation, but the traditional practices of shifting cultivation were not directly related to the conversion of forest area, indicating that the incompatibility between conservation and human presence, often used as justification for the implementation of some strict protection units, should be reviewed from a different perspective. The results also pointed to a satisfactory performance of the Markov model to project trends, despite having certain randomness in the allocation of elements in space. Add cellular automata to model decreased this randomness, but was not so effective in reproducing the observed trends in transition matrices than the Markov model. We concluded that the methodology applied in this study was useful for understanding the changes in the landscape of the study area, and that the choice of model (Markov or Markov with cellular automata) should be based on a careful analysis in accordance with the priorities of the study to be applied. We hope that this research can encourage the discussion of this methodology as a tool for analysis of conservation policies of nature and land management

Orientador: Thiago Sanna Freire Silva / Resumo: As paisagens são a expressão da interação dinâmica entre processos naturais e atividades humanas. A região do Litoral Norte do Estado de São Paulo apresenta uma grande diversidade de fitofisionomias do bioma Mata Atlântica, e um rico patrimônio material e imaterial, em função da histórica interação do homem com a natureza. São inúmeros os vetores que agem simultaneamente sobre essa paisagem, resultando em efeitos cumulativos que transformam sua multifuncionalidade e multidimensionalidade. Este estudo objetivou a compreensão dos vetores de mudanças na paisagem do Litoral Norte do Estado de São Paulo. A transformação histórica da paisagem na área de estudo foi investigada buscando compreender a modificações dos cenários paisagísticos na sua integridade desde o início da colonização europeia na região de estudo. Através desta revisão histórica, demonstramos que a política econômica impulsionou investimentos em instalações tecnológicas e de acesso a região, que influenciaram no aumento das taxas de crescimento populacional, resultando num rápido crescimento das áreas urbanas após meados do século XX. O segundo capítulo quantificou as mudanças físicas da paisagem, através de séries históricas de imagens da série de satélites Landsat, utilizando o algoritmo Random Forests para classificação supervisionada do uso e cobertura da terra. Pudemos então, demonstrar que a região apresenta tendência a uma dicotomia no uso da terra, entre o uso urbano e a conservação ambiental. Entre 1985 e... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Landscapes are an expression of the dynamic interaction between natural environments and human activities. The Northern Coast of São Paulo State has a high diversity of Atlantic Forest vegetation types, and the Serra do Mar mountain range has a rich material and immaterial heritage due to ancient human-nature interactions. There are several different driving forces of change acting together over these landscapes, resulting in a cumulative effect over time. Our study sought to understand the causes and consequences of landscape change in the Northern Coast of São Paulo state, from 1985 to present. We described the land use history and landscape changes since the Europeans arrived in the region, during the XVI century. We identified that national economic policies and interests have led to investment in improved access and technological development, which in turn influenced migration to the region and resulted in fast urban expansion. In the second chapter, we have shown that land use change in the Northern Coast of São Paulo poses a dichotomy between two main land cover change trajectories over 30 years: forest persistence and fast urban growth. We found only 100 km² (8%) of forest disturbance within the State Parks, while dense urban settlements grew 167% outside the park, replacing mainly rural land uses. To identify and understand the driving forces of change in the region, we used Partial Least Squares - Path Modelling to model the relation between driving forces and lands... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Unidades de conservação possuem o objetivo de preservar a natureza, evitando o desmatamento e promovendo a sustentabilidade do meio ambiente. Contudo, para que estas atendam aos propósitos para os quais foram criadas, sem acarretar prejuízos sociais ou conflitos com as populações locais, estudos aplicados interdisciplinares são essenciais, agregando conhecimento útil à gestão e ao planejamento das unidades de conservação. Sob a ótica da ciência da complexidade, o objetivo principal deste trabalho foi desenvolver modelos que auxiliassem na compreensão das mudanças no uso e cobertura da terra, realizassem simulações de cenários futuros, e permitissem observar os efeitos da implantação de políticas de preservação sobre a paisagem. Construímos modelos dinâmicos baseados em cadeias de Markov e autômatos celulares, aliados a técnicas de geoprocessamento. Os modelos foram aplicados a um estudo de caso, o Parque estadual do Itinguçu, ao longo de uma série temporal de materiais aerofotográficos de quase 50 anos (1962-2010). Os resultados dos modelos mostraram que a implantação da unidade de conservação foi essencial para barrar o desmatamento, mas que as práticas tradicionais de agricultura itinerante não estavam diretamente relacionadas à conversão da área de floresta, indicando que a incompatibilidade entre preservação e presença humana, muitas vezes usada como justificativa para a implantação de unidades de proteção integral, deve ser reavaliada sob outra perspectiva. Os resultados também apontaram para um desempenho satisfatório do modelo de Markov em projetar tendências, apesar de possuir certa aleatoriedade na alocação dos elementos no espaço. O incremento do autômato celular diminuiu tal aleatoriedade, mas não foi tão eficiente em reproduzir as tendências observadas nas matrizes de transição quanto o modelo de Markov. Concluímos que a metodologia aplicada no presente trabalho foi útil para compreendermos as mudanças na paisagem da área de estudo, e que a escolha do modelo (Markov ou Markov com autômato celular) deve ser feita com base em uma análise criteriosa caso a caso, em conformidade com as prioridades do estudo a ser realizado. Espera-se que esta pesquisa possa fomentar a discussão sobre o uso desta metodologia como uma ferramenta para planejamento e análise de políticas de conservação da natureza e gestão do território / Conservation units have the purpose to preserve the nature, avoiding the deforestation and promoting the environment sustainability. However, for these to be effective in that purpose, without causing social injuries or conflicts with the local population, interdisciplinary applied studies are essential and must be made by different areas of science, adding useful knowledge to the management of protected areas. Under the vision of the Complexity Science, the main goal of this research was to develop models that help in understanding the land use and cover changes, perform simulations of future scenarios, and allow observing the effects of the implementation of conservation policies on the landscape. We built Markov and cellular automata models, allied to the geoprocessing techniques. The models were applied to a case study, the Parque Estadual do Itinguçu, over a time series of aero photographic materials of almost 50 years (1962-2010). The results of the models showed that the implementation of the conservation unit was essential to stop the deforestation, but the traditional practices of shifting cultivation were not directly related to the conversion of forest area, indicating that the incompatibility between conservation and human presence, often used as justification for the implementation of some strict protection units, should be reviewed from a different perspective. The results also pointed to a satisfactory performance of the Markov model to project trends, despite having certain randomness in the allocation of elements in space. Add cellular automata to model decreased this randomness, but was not so effective in reproducing the observed trends in transition matrices than the Markov model. We concluded that the methodology applied in this study was useful for understanding the changes in the landscape of the study area, and that the choice of model (Markov or Markov with cellular automata) should be based on a careful analysis in accordance with the priorities of the study to be applied. We hope that this research can encourage the discussion of this methodology as a tool for analysis of conservation policies of nature and land management

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.

Submitted by Geyciane Santos (geyciane_thamires@hotmail.com) on 2015-07-27T15:15:30Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Jorge Alberto Lopes da Costa.pdf: 12254367 bytes, checksum: e92aa3fbce27b2b569e2f3aae45e851d (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-07-28T15:14:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Jorge Alberto Lopes da Costa.pdf: 12254367 bytes, checksum: e92aa3fbce27b2b569e2f3aae45e851d (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-07-28T15:19:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Jorge Alberto Lopes da Costa.pdf: 12254367 bytes, checksum: e92aa3fbce27b2b569e2f3aae45e851d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-28T15:19:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Jorge Alberto Lopes da Costa.pdf: 12254367 bytes, checksum: e92aa3fbce27b2b569e2f3aae45e851d (MD5) Previous issue date: 2011-07-07 / Não informada / In recent decades the areas of rainforest in the Amazon region has been heavily impacted by a rapid process of conversion of vegetation cover in other types of use due to human action. In the context of global change, the use of mapping and monitoring land cover and provide information for the analysis and evaluation of environmental impacts due to accelerated changes in the landscape. Therefore, this study evaluated the potential of data from synthetic aperture radar for discriminating use and land cover in the region of Manaus, Amazonas state. We used a multipolarized image from sensor airborne SAR-R99B (L band), with 3 m spatial resolution. Were evaluated the MAXVER-ICM and SVM (Support Vector Machine) classifiers, where in all cases we used the images individually multipolarized amplitude (HH, HV and VV), in pairs (HH and HV), (HV and VV) and (HH and VV) and together (HH, HV and VV). The results were compared using as parameter the Kappa coefficient. The SVM classifier had higher accuracy compared to MAXVER-ICM classifier. The best classifications were obtained for the dual polarization (HH and VV) with MARVER-ICM classifier and (HH, HV and VV) with the SVM classifier both using the images with the filter. The accuracy was highest with SVM for classification and filter images (kappa = 0.7736). Were analyzed the influence of using GAMMA filter performance on the classifiers where it showed that filtered images have provided an increase in the results, on average, about 8%. Thus there was the analysis of the classification results, which found that the best result was provided by the dataset multipolarized (HH, HV and VV) classified by the SVM method. Thus, we concluded that the use of radar imagery in mapping thematic classes use and land cover in tropical regions, can be considered as a viable proposal. / Nas últimas décadas as áreas de floresta tropical na região Amazônica têm sido fortemente impactada por um rápido processo de conversão da cobertura vegetal em outros tipos de uso devido à ação antrópica. No contexto das mudanças globais, os mapeamentos e monitoramentos de uso e cobertura da terra fornecem subsídios para as análises e avaliações dos impactos ambientas em virtude de acelerados processos de mudança na paisagem. Neste contexto, este estudo avaliou o potencial dos dados de radar de abertura sintética para discriminação de uso e cobertura da terra na região de Manaus, estado do Amazonas. Foi utilizada uma imagem multipolarizada do sensor aerotransportado SAR-R99B (banda L), com 3 metros de resolução espacial. Realizaram-se classificações na imagem radar sem filtro e com filtro Gamma 3x3. Avaliou-se o classificador pontual MAXVER-ICM e o SVM (Support Vector Machine), onde em todos os casos utilizou-se das imagens multipolarizadas em amplitude individualmente (HH, HV e VV), aos pares (HH e HV), (HV e VV) e (HH e VV) e em conjunto (HH, HV e VV). Os resultados obtidos foram comparados utilizando-se como parâmetro o coeficiente de concordância Kappa. O classificador SVM apresentou acurácia superior em relação ao classificador MAXVER-ICM. As melhores classificações foram obtidas para a polarização dual HH e VV com o classificador MAXVER-ICM e (HH, HV e VV) com o classificador SVM ambos utilizando as imagens com filtro. A acurácia mais elevada foi para a classificação com SVM e imagens com filtro (kappa = 0,7736). Analisou-se a influência do uso de filtro GAMMA no desempenho dos classificadores onde se contatou que as imagens filtradas proporcionaram um incremento nos resultados, em média, na ordem de 8%. Deste modo realizou-se a análise dos resultados das classificações, onde se constatou que o melhor resultado foi proporcionado pelo conjunto de dados multipolarizados (HH, HV e VV)classificados através do método SVM. Assim, concluiu-se que o uso de imagens de radar no mapeamento de classes temáticas de uso e cobertura da terra, em regiões tropicais, pode ser considerado como uma proposta viável.