Emissões de CO2 provenientes de incêndios e de diferentes usos e ocupação do solo no pantanal brasileiro

Abstract

Dada à magnitude da influência das zonas úmidas tropicais no ciclo global de carbono (C), a avaliação e o monitoramento das emissões de dióxido de carbono (CO2) nestas áreas, podem ajudar na compreensão e na gestão do C diante da crise climática. Todavia, a carência de informações do fluxo de CO2 referente a influência dos incêndios e do uso e cobertura do solo (LULC) na emissão de CO2 em zonas úmidas limita a compreensão da dinâmica global do CO2. A fim de responder estas questões, este estudo tem como finalidade verificar o efeito dos incêndios e de diferentes Usos e Ocupção do Solo (UOS) nas emissões de CO2 no bioma Pantanal brasileiro. No primeiro capítulo os objetivos foram: (i) avaliar a relação entre focos de incêndio e absorção de carbono (GPP), precipitação e fluxo de CO2; (ii) analisar a recuperação da vegetação usando a razão de queima normalizada diferenciada (ΔNBR) no bioma Pantanal brasileiro entre 2001 e 2022; e (iii) identificar áreas prioritárias, onde ocorreram as maiores intensidades de focos de incêndio, a fim de orientar políticas públicas no Brasil para manter a conservação local. O capítulo II teve como objetivos: i) estimar o modelo de fluxo de CO2, temperatura (T) e umidade do solo (UN); em dois anos seguidos (2022 e 2023); ii) analisar a relação entre essas variáveis em diferentes classes de uso e cobertura do solo (LULC) e iii) detectar os UOS que possuem os maiores fluxo de CO2 e, consequentemente estabelecer ações de mitigação de emissões de CO2 no bioma Pantanal brasileiro. No primeiro capítulo , foram detectados focos de incêndio a partir dos dados do algoritmo MODIS MOD14/MYD14, precipitação anual com CHIRPS (Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station data), e fluxo de CO2 via o produto MODIS/MODO9A1, e Produção Primária Bruta (GPP) via o produto MODIS/MOD17A2. A intensidade da área queimada também foi avaliada pelo índice ΔNBR e as áreas de risco foram determinadas pelas médias dessas imagens. Durante a série histórica, foram detectados um total de 300.127 focos de incêndio em todo o Pantanal, onde em 2020 obteve o maior número de focos e a menor precipitação acumulada. Os anos com maior precipitação foram 2014 e 2018. O ano de 2018 foi também o segundo ano com maior valor de GPP. O teste Pettit mostrou mudanças para 2008 e 2011 em relação às variáveis fluxo de CO2 e GPP respectivamente. A análise de componentes principais (PCA) agrupou focos de incêndio e precipitação em lados opostos, bem como GPP e fluxo de CO2. Houve uma alta correlação negativa entre os focos de incêndio × precipitação e GPP × fluxo de CO2. Os anos com maiores áreas das classes de Gravidade Alta (AG), Gravidade Moderada-Alta (GMA) e Gravidade Moderada-Baixa (GMB) foram em 2020 e 2019, respectivamente. As áreas mais vulneráveis aos incêndios graves foram nos municípios de Cáceres/MT, Poconé/MT e Corumbá/MS. A grande catástrofe de incêndio em 2020 está correlacionada com a baixa precipitação em 2019, a elevada precipitação em 2018 e o aumento do GPP, bem como com políticas governamentais desfavoráveis ao ambiente. No capítulo 2, foram feitas medições de CO2 do solo in situ em quatros diferntes UOS; soja, eucalipto, pastagem e vegetação nativa, todos localizados no município Aquidauana no Mato Grosso do Sul (MS). Foram aplicadas PCA para verificar a relação entre os anos e as classes de uso de solo e, posteriormente, avaliar a relação entre as variáveis analisadas via correlação de Pearson. As maiores emissões foram detectadas nos UOS soja e pastagem, com aumento significativo das emissões em 2023 para todos os UOS, possivelmente provocadas pelo excesso de umidade do solo. Valores inferiores de FCO2 foram observados para o cultivo de eucalipto e vegetação nativa, no qual indica que esses UOS, atuam como sumidouros de CO2. Esta descoberta constata que a preservação de áreas nativas é fundamental para o objetivo de neutralização do C, e o cultivo de eucalipto também pode contribuir com o C neutro e a adoção de práticas de manejo do solo sustentáveis reduzem a liberação de CO2 para atemosfera.

Given the magnitude of the influence of tropical wetlands on the global carbon (C) cycle, the assessment and monitoring of carbon dioxide (CO2) emissions in these areas can help in understanding and managing C in the face of the climate crisis. However, the lack of information on the CO2 flow regarding the influence of fires and land use and cover (LULC) on CO2 emissions in wetlands limits the understanding of global CO2 dynamics. In order to answer these questions, this study aims to verify the effect of fires and different UOS on CO2 emissions in the Brazilian Pantanal biome. In the first chapter the objectives were: (i) to evaluate the relationship between fire outbreaks and carbon absorption (GPP), precipitation and CO2 flux; (ii) analyze vegetation recovery using the differentiated normalized burning ratio (ΔNBR) in the Brazilian Pantanal biome between 2001 and 2022; and (iii) identify priority areas, where the highest intensities of fire outbreaks occurred, in order to guide public policies in Brazil to maintain local conservation. Chapter II had the following objectives: i) estimate the CO2 flux model, temperature (T) and soil moisture (UN); in two consecutive years (2022 and 2023); ii) analyze the relationship between these variables in different land use and cover classes (LULC) and iii) detect the UOS that have the highest CO2 flux and, consequently, establish actions to mitigate CO2 emissions in the Brazilian Pantanal biome. In the first chapter, fire outbreaks were detected using data from the MODIS MOD14/MYD14 algorithm, annual precipitation with CHIRPS (Climate Hazards Group InfraRed Precipitation with Station data), and CO2 flux via the MODIS/MODO9A1 product, and Gross Primary Production (GPP) via the MODIS/MOD17A2 product. The intensity of the burned area was also evaluated by the ΔNBR index and the risk areas were determined by the averages of these images. During the historical series, a total of 300,127 fires were detected throughout the Pantanal, where in 2020 it had the highest number of fires and the lowest accumulated precipitation. The years with the highest rainfall were 2014 and 2018. The year 2018 was also the second year with the highest GPP value. The Pettit test showed changes for 2008 and 2011 in relation to the variables CO2 flow and GPP respectively. Principal component analysis (PCA) grouped fire outbreaks and precipitation on opposite sides, as well as GPP and CO2 flux. There was a high negative correlation between fire outbreaks × precipitation and GPP × CO2 flux. The years with the largest areas of the High Severity (AG), Moderate-High Severity (GMA) and Moderate-Low Severity (GMB) classes were in 2020 and 2019, respectively. The area’s most vulnerable to serious fires were in the municipalities of Cáceres/MT, Poconé/MT and Corumbá/MS. The major fire catastrophe in 2020 is correlated with low rainfall in 2019, high rainfall in 2018 and increased GPP, as well as environmentally unfavorable government policies. In chapter 2, in situ soil CO2 measurements were made in four different UOS; soybeans, eucalyptus, pasture and native vegetation, all located in the Aquidauana municipality in Mato Grosso do Sul (MS). PCA was applied to verify the relationship between years and land use classes and, subsequently, evaluate the relationship between the variables analyzed via Pearson correlation. The highest emissions were detected in the soybean and pasture UOS, with a significant increase in emissions in 2023 for all UOS, possibly caused by excess soil moisture. Lower FCO2 values were observed for eucalyptus cultivation and native vegetation, which indicates that these UOS act as CO2 sinks. This discovery confirms that the preservation of native areas is fundamental to the objective of neutralizing C, and the cultivation of eucalyptus can also contribute to neutral C and the adoption of sustainable soil management practices reduces the release of CO2 into the atmosphere.