The objective was to model on a scale spatiotemporal dynamics of rangeland vegetation types
characterized by functional when subjected to different disorders, aiming to predict patterns in
the vegetation inventory for future analysis of the fractal dimension associated with the model
of cellular automata. So, initially evaluated the use of fractal analysis as a tool to determine
patterns in a reduced scale of grazing on natural pastures under different managements. The
experiment evaluated the effect of grazing and burning disturbances applied in two relief
positions in a natural grassland located in Santa Maria-RS. Another area located in Bagé-RS
assesses the improvement of natural grassland with the introduction of ryegrass, white clover
and birdsfoot trefoil. The diversity of the pasture was derived by Shannon and Equitabilidade
indices. The information fractal dimension was calculated by regression between the Shannon
index(ε) and ε natural algorithm, and the slope of the fractal dimension information. The
results showed that the fractal dimension can be a tool for determining patterns in plant
community in small-scale grazing. The limitation of this technique to small scales is the need
for a greater number of repetitions. Secondly, we validated a model is spatially explicit
empirical predictive vegetation dynamics of a natural grassland subjected to different
disorders based on cellular automata using the approach of plant functional types by
comparing the model predictions with actual observations of experiments. The simulations
were performed in two temporal and spatial scales, small and large. The temporal resolution
of monthly simulation was considered when the spatial dimension was 0.0625 square meters,
featuring a reduced scale. A wide range was considered when the temporal resolution was
annual and the spatial dimension was 306.25 m². The factors were: grazing, absence and
presence, he burns the absence and presence and position of relief, slope and lowland. The
model consists of a three-dimensional array, the first being characterized by the temporal
dimension and the second and third, representing flat two-dimensional space, each cell being
a PFT, which changes with each step in time as the composition of cell itself and the eight
neighboring cells. The model evaluated proved to be efficient in predicting the dynamics of
natural grassland vegetation can be used to simulate different scenarios. However, the
limitation of the model is correct in determining the level of disturbance. Finally, we
introduced the fractal dimension to the previously mentioned model and simulated the effect
of grazing management of the biennial burns or every three years, with each simulation
corresponded to 100 iterations with a spatial resolution of 306.25 m² and temporal equal to
one year. The level of disturbance adopted to characterize both the grazing and burning was
0.18. In the treatments with burns, the years when it was used the level of disorder was 0.36,
corresponding to the sum of grazing disturbance and burning. The treatments were evaluated
in relation to two situations of environmental resources (and with great restraint). The evaluation of fractal dimension in spatially explicit model based on cellular automata has
proven to be a viable tool to determine patterns and dynamics of plant communities regardless
of scale. The model does not adequately simulated the colonization of species, this being a
key topic for future studies that use this approach. The use of only two functional types
allowed better visualization of results. The determination of the amount of functional types to
be used in the simulation will depend on further investigations. / O objetivo deste trabalho foi modelar em uma escala espaço-temporal a dinâmica
vegetacional de pastagens naturais caracterizada por tipos funcionais quando submetidas a
diferentes distúrbios, visando predizer padrões na vegetação de inventários futuros pela
análise da dimensão fractal associada ao modelo de autômatos celulares. Assim, inicialmente
avaliou-se o emprego da análise fractal como ferramenta na determinação de padrões em uma
escala reduzida de pastejo sobre pastagens naturais submetidas a diferentes manejos. O
experimento avaliou o efeito dos distúrbios pastejo e queima, aplicados em duas posições de
relevo, em uma pastagem natural localizada em Santa Maria-RS. Outra área avaliada
localizou-se em Bagé-RS onde foram introduzidos azevém, trevo branco e cornichão na
pastagem natural. A diversidade da pastagem foi obtida pelos índices de Shannon e
Equitabilidade. A informação da dimensão fractal foi calculada pela regressão entre o índice
de Shannon(ε) e o algoritmo natural de ε, sendo a inclinação da linha a informação da
dimensão fractal. Os resultados demonstraram que a dimensão fractal pode ser uma
ferramenta na determinação de padrões na comunidade vegetal na escala reduzida de pastejo.
A limitação do emprego desta técnica para escalas reduzidas é a necessidade de um número
maior de repetições. Num segundo momento, validou-se um modelo espacialmente explícito
empírico e preditivo da dinâmica vegetacional de uma pastagem natural submetida a
diferentes distúrbios. Esse foi baseado em autômatos celulares, utilizando a abordagem de
tipos funcionais de plantas, através da comparação das predições do modelo com observações
reais de experimentos. As simulações foram realizadas em duas escalas temporais e espaciais,
reduzida e ampla. A resolução temporal da simulação foi mensal quando a dimensão espacial
considerada foi de 0,0625 m², caracterizando a escala reduzida. A escala ampla foi
considerada quando a resolução temporal foi anual e a dimensão espacial foi de 306,25 m². Os
fatores testados foram: pastejo, ausência e presença; queima, ausência e presença e posição de
relevo, encosta e baixada. O modelo é formado por uma matriz representando duas dimensões
espaciais planas, sendo cada célula um PFT, a qual se altera a cada passo no tempo conforme
a composição da própria célula e de oito células vizinhas. O modelo avaliado demonstrou
eficiência na predição da dinâmica da vegetação da pastagem natural podendo ser utilizado
para simular diferentes cenários. Entretanto, a limitação do modelo está na correta
determinação do nível de distúrbio. Por fim, avaliou-se a dimensão fractal ao modelo citado
anteriormente e simulou-se o efeito do pastejo no manejo da queima bianual ou a cada três
anos, sendo que cada simulação correspondeu a 100 iterações com resolução espacial de
306,25 m² e temporal igual a um ano. O nível de distúrbio adotado para caracterizar tanto o
pastejo como a queima foi de 0,18. Nos tratamentos com queima, nos anos em que ela foi
utilizada, o nível de distúrbio foi de 0,36, correspondendo a soma dos distúrbios pastejo e queima. Os tratamentos foram avaliados em relação a duas situações de recurso ambiental
(ótimo e com restrição). A avaliação da dimensão fractal em modelo espacialmente explícitos
baseados em autômatos celulares demonstrou ser uma ferramenta viável na determinação de
padrões e da dinâmica da comunidade vegetal independente da escala. O modelo não simulou
adequadamente a colonização de espécies, sendo este um tema fundamental para futuros
trabalhos que utilizarem esta abordagem. A utilização de apenas dois tipos funcionais
permitiu uma melhor visualização dos resultados. A determinação da quantidade de tipos
funcionais a serem utilizados na simulação dependerá de futuras investigações.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/4323 |
| Date | 28 February 2011 |
| Creators | Martins, Carlos Eduardo Nogueira |
| Contributors | Quadros, Fernando Luiz Ferreira de, Lovatto, Paulo Alberto, Pötter, Luciana, Pillar, Valerio de Patta, Trindade, José Pedro Pereira |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Zootecnia, UFSM, BR, Zootecnia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 500400000002, 400, 300, 300, 300, 500, 300, 500, 87f7a696-584d-4ee4-ad83-13fd04320556, 4bea05df-bcb8-4c51-ac1e-2bad48ed64d6, e5876d3c-3c1a-4046-9706-539c7f771ae7, cc635696-5973-499f-b141-cd6997ba965f, f536842b-ed03-4180-af57-cdd742bcb2d6, dbbb39d4-6880-4f8d-a4d4-d06f0a8c8513 |
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