JOCY ANA PAIXÃO DE SOUSA MUDANÇAS DE USO DA TERRA E ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ANTRÓPICAS DE CO2 EM BACIA HIDROGRÁFICA Sorocaba 2018 JOCY ANA PAIXÃO DE SOUSA MUDANÇAS DE USO DA TERRA E ESTIMATIVAS DE EMISSÕES ANTRÓPICAS DE CO2 EM BACIA HIDROGRÁFICA Dissertação apresentada como requisito para a obtenção do título de Mestre em Ciências Ambientais da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” na Área de Concentração Diagnóstico, Tratamento e Recuperação Ambiental. Orientador: Prof. Dr. Roberto Wagner Lourenço Sorocaba 2018 Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca da Unesp Instituto de Ciência e Tecnologia – Câmpus de Sorocaba Sousa, Jocy Ana Paixão de. Mudanças de uso da terra e estimativas de emissões antrópicas de CO2 em bacia hidrográfica / Jocy Ana Paixão de Sousa, 2018. 96 f.: il. Orientador: Roberto Wagner Lourenço. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho". Instituto de Ciência e Tecnologia (Câmpus de Sorocaba), 2018. 1. Gases estufa. 2. Efeito estufa (Atmosfera). 3. Dióxido de carbono. 4. Impacto ambiental. 5. Desmatamento. I. Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho". Instituto de Ciência e Tecnologia (Câmpus de Sorocaba). II. Título. Bibliotecário responsável: Bruna Bacalgini – CRB 8/8855 Aos meus queridos pais e a Gabriel, com muito amor e carinho. AGRADECIMENTOS Primeiramente gratidão a Deus que em todos os momentos me abonava de forças para continuar nesta jornada curta, mas desafiadora. Gratidão aos meus amados pais, que mesmo distantes estavam ali sempre torcendo por mim. Os amo demais. Ao meu futuro esposo Gabriel, que está sempre ao meu lado para me apoiar nos sonhos mais loucos. Obrigada por me entender e por compartilhar comigo o turbilhão de emoções pelo qual sempre passo. Te amoo!! Ao meu orientador Roberto W. Lourenço (China) por acreditar, confiar e compartilhar comigo seus conhecimentos e principalmente pelo bom relacionamento proporcionado nesta caminhada. Minha mais sincera gratidão professor. Aos amigos que Deus me deu de presente e que me acolherem aqui em Sorocaba com todo amor e carinho, Zé e Fany (Elfany). Especialmente a Fany, amigo de longa jornada e meu braço direito nos momentos bons e ruins. Obrigada meninos por me aturarem, apoiarem e por contribuírem para o meu crescimento, os amo de coração. Às companheiras fofas do laboratório, em especial Gi, Cíntia, Naia, Amanda e Rita, pelas risadas e sofrências . A companhia de vocês deixou a caminhada mais prazerosa. Às minhas companheiras de casa Flor e Glau, que compartilharam comigo não apenas uma moradia, mas aprendizado e bons momentos. À minha amiga Michele (Preta Pretinha), que mesmo longe sempre esteve ali me apoiando. Também à Lu, que me deu de presente sua amizade. Aos funcionários da Unesp Sorocaba que ao longo do tempo retribuíram ao meu sorriso, em especial as senhorinhas da limpeza, Danilo e Suzan pela atenção. À CAPES e a UNESP/Sorocaba pelo apoio recebido durante a realização desta pesquisa. SOUSA, J. A. P. Mudanças de uso da terra e estimativas de emissões antrópicas de CO2 em bacia hidrográfica. 2018. 96f. Dissertação (Mestrado em Ciências Ambientais) - Campus Experimental de Sorocaba - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho (UNESP), Sorocaba, 2018. RESUMO As interferências antrópicas sobre natureza sempre provocaram impactos ambientais. Porém, entre os mais significativos encontram-se as mudanças de uso da terra, nos quais contribuem com as emissões dos gases do efeito estufa. Entre esses principais gases destacam-se o dióxido de carbono, CO2. O estudo apresentou como objetivo estimar as emissões do dióxido de carbono devido as mudanças de uso da terra para a análise do fluxo de carbono em bacia hidrográfica. A área de estudo localiza-se na Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, São Paulo. Para atingir os objetivos foram realizados o mapeamento de uso do solo e cobertura vegetal, mapeamento pedológico, análise da textura do solo, mapeamento da vegetação pretérita, estoque de carbono sob associação solo-vegetação, matriz de transição e os cálculos das emissões líquidas de CO2. Constatou-se que em relação ao mapeamento do uso do solo e cobertura vegetal, o maior quantitativo foi de floresta e estas predominam no sul da bacia. Ao longo de nove anos houve uma redução de florestas, campo e área alagada e um aumento da área de agricultura, área urbana, pastagem e reflorestamento. Foram encontrados solos do tipo Argissolos e Latossolos, além das texturas argilosa, franco-argilo-arenosa, argilo-arenosa e franco-argilosa. Para a vegetação pretérita constatou-se floresta ombrófila densa montana, floresta estacional decidual e semidecidual. Em relação ao conteúdo de carbono no solo sob a associação solo-vegetação foram definidos valores que variam de 2,59 a 6,33 Kgc/m 2. Nas matrizes de transições para os períodos de 2007-2010, 2010-2013 e 2013-2016, observou-se que a floresta convertida para as demais categorias apresentou posição de destaque. As emissões líquidas para todos os períodos mostraram que há mais emissões do que remoções na bacia, com um destaque para o período de 2013 a 2016, em que houve uma maior estimativa de emissões CO2, porém a menor remoção ocorreu no último período. A pesquisa mostrou que a maioria das transições que ocorreram foram em função da mudança de floresta para outras categorias, fator que mais contribuiu para emissões líquidas de CO2, resultante do intenso processo de antropização da bacia. Palavras-chave: Emissão de GEE. Impactos Ambientais. Desmatamento. Matriz de Transição. SOUSA, J. A. P. Changes in land use and estimates of anthropogenic CO2 emissions in watershed. 2018. 96f. Dissertation (Masters in Environmental Sciences) - Sorocaba Experimental Campus - Paulista State University "Júlio de Mesquita Filho (UNESP), Sorocaba, 2018. ABSTRACT Anthropogenic interference with nature has always had environmental impacts. However, among the most significant are land use changes, in which they contribute to the emissions of effect gases, especially carbon dioxide, CO2. The objective of the study was to estimate carbon dioxide emissions due to the change in land use for an analysis of the carbon flux in the watershed. The study area is located in the Una Watershed, Ibiúna, São Paulo. To achieve the objectives, the mapping of land use and vegetation cover, pedological mapping, soil texture analysis, mapping of past vegetation, carbon stock under soil-vegetation association, transition matrix, and calculations of net CO2 emissions. It was verified that in relation to the mapping of the land use and vegetal cover, the biggest quantitative one was of forest and these predominate in the south of the basin. During nine years there was a reduction of forests, field and flooded area and an increase of the area of agriculture, urban área, pasture and reforestation. Soils of the type Argisols and Latosols were found, in addition to clay, clay- loam-sandy, clay-sandy and loam-loamy textures. For the past vegetation it was verified dense montane forest, deciduous and semidecidual forest. Regarding the non-singlet carbon content in a soil-vegetation association to define values ranging from 2.59 to 6.33 Kgc / m2. In the transitional matrices for the periods 2007-2010, 2010-2013 and 2013-2016, it was observed that the forest converted to the other categories presented a prominent position. Net emissions for all periods showed that there are more emissions than removals in the basin, with a highlight for the period from 2013 to 2016, where there was a higher estimate of CO2 emissions, but the lowest removal occurred in the last period. The research showed that most of the transitions that occurred were due to the change of forest to other categories, which contributed most to net CO2 emissions, resulting from the intense process of anthropization of the basin. Keywords: GHG emission. Environmental impacts. Deforestation. Transition Matrix. LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Efeito estufa............................................................................................................16 Figura 2 - Ciclo do carbono simplificado ...............................................................................23 Figura 3 - Mapa de localização da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.....................30 Figura 4 - Malha amostral irregular da análise granulométrica para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.................................................................................................................34 Figura 5 - Fluxograma das etapas para o cálculo das estimativas de emissões líquidas de CO2 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.......................................................................46 Figura 6 - Mapa base da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP....................................47 Figura 7 - Mapa de uso do solo e cobertura vegetal do ano de 2007 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.................................................................................................................49 Figura 8 - Mapa de uso do solo e cobertura vegetal do ano de 2010 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.................................................................................................................50 Figura 9 - Mapa de uso do solo e cobertura vegetal do ano de 2013 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.................................................................................................................51 Figura 10 - Mapa de uso do solo e cobertura vegetal do ano de 2016 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP............................................................................................................52 Figura 11 - Agricultura da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.................................53 Figura 12 - Área urbana da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP................................53 Figura 13 - Reflorestamento da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.........................54 Figura 14 - Pastagem da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP....................................54 Figura 15 - Categoria campo da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP........................55 Figura 16 - Categoria área alagada da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP...............55 Figura 17 - Categoria floresta da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.......................56 Figura 18 - Quantificação das categorias de uso da terra para cada ano analisado para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP......................................................................................57 Figura 19 - Vegetação pretérita da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP....................61 Figura 20 - Mapa de solos da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.............................62 Figura 21 - Estoque de carbono no solo sob associação solo-vegetação (Kgc/m²) da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP......................................................................................66 Figura 22 - Transições entre o período de 2007 e 2010 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP................................................................................................................................68 Figura 23 - Transições entre o período de 2010 e 2013 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP................................................................................................................................70 Figura 24 - Transições entre o período de 2013 e 2016 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP................................................................................................................................72 Figura 25 - Estimativas de emissões líquidas de CO2, em GgCO2, para cada categoria no período de 2007 a 2010 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.................................75 Figura 26 - Fluxo de CO2 em função da mudança de uso da terra no período de 2007 a 2010 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.......................................................................75 Figura 27 - Estimativas de emissões líquidas de CO2, em GgCO2, para cada categoria no período de 2010 a 2013 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.................................77 Figura 28 - Fluxo de CO2 em função da mudança de uso da terra no período de 2010 a 2013 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.......................................................................78 Figura 29 - Estimativas de emissões líquidas de CO2, em GgCO2, para cada categoria no período de 2013 a 2016 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.................................79 Figura 30 - Fluxo de CO2 em função da mudança de uso da terra no período de 2013 a 2016 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.......................................................................80 Figura 31 - Emissões ou remoções de CO2, GgCO2, nos períodos de 2007 a 2010, 2010 a 2013 e 2013 a 2016 da Bacia Hidrográfica do rio Una, Ibiúna, SP........................................81 Figura 32 - Fluxo de CO2 em função da mudança de uso da terra no período de 2007 a 2016 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.......................................................................83 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Valores do estoque de carbono no solo sob a associação solo-vegetação estabelecidos para os solos do Brasil........................................................................................36 Tabela 2 - Modelo da matriz de transição para as categorias de uso da terra para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP........................................................................................37 Tabela 3 - Valores do estoque médio e incremento médio de carbono utilizados nas equações das estimativas de emissões líquidas de CO2............................................................................43 Tabela 4 - Fator de mudança de carbono do solo em função da mudança de uso da terra...........................................................................................................................................44 Tabela 5 - Exemplo da matriz de estimativas de emissões líquidas em cada período estudado, para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP...................................................................45 Tabela 6 - Quantificação das categorias de uso da terra para cada ano analisado para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP........................................................................................57 Tabela 7 - Frações areia total, silte e argila, em percentagem (%), da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP...................................................................................................................63 Tabela 8 - Estoque de carbono no solo sob a associação solo-vegetação da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP..............................................................................................................65 Tabela 9 - Matriz de transição para as categorias de uso da terra no período de 2007 a 2010 (ha) da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP..................................................................67 Tabela 10 - Matriz de transição para as categorias de uso da terra para o período de 2010 a 2013 (ha) da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.........................................................69 Tabela 11 - Matriz de transição para as categorias de uso da terra para o período de 2013 a 2016 (ha) da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP........................................................71 Tabela 12 - Estimativas de emissões líquidas de CO2 (GgCO2) no período de 2007 a 2010 da Bacia Hidrográfica do rio Una, Ibiúna, SP...............................................................................74 Tabela 13 - Estimativas de emissões líquidas de CO2 (GgCO2) no período de 2010 a 2013 da Bacia Hidrográfica do rio Una, Ibiúna, SP...............................................................................77 Tabela 14 - Estimativas de emissões líquidas de CO2 (GgCO2) no período de 2013 a 2016 da Bacia Hidrográfica do rio Una, Ibiúna, SP...............................................................................79 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Características das imagens dos satélites utilizados..............................................31 Quadro 2 - Grupos de vegetação definidos para o bioma mata atlântica.................................33 Quadro 3 - Grupos de solos estabelecidos para o Brasil..........................................................35 Quadro 4 - Equações para as transições ocorridas para as categorias de uso da terra.............38 Quadro 5 - Categorias de uso da terra adotadas neste estudo..................................................48 Quadro 6 - Grupos de vegetação definidos para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP..............................................................................................................................................60 Quadro 7 - Grupos de solos encontrados na Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP.......65 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AR4 Quarto relatório de avaliação do IPCC °C Grau Celsius C6H12O6 Glicose CH4 Metano CO2 CFCs Dióxido de carbono Clorofluorcarbonetos CO2eq Dióxido de carbono equivalente COP Conferência das Partes CQNUMC Convenção Quadro das Nações Unidas sobre as Mudanças Climáticas GEE Gases do Efeito Estufa GgCO2 Gigagrama de dióxido de carbono GPG Good Practice Guidance Gt Gigatonelada Gt CO2eq Gigatonelada de dióxido de carbono equivalente H2O Água ha Hectare IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change Kgc/m 2 Kilograma de carbono por metro quadrado LULUCF Land Use, Land-Use Change and Forestry MDL Mecanismo de Desenvolvimento Limpo N2O Óxido nitroso NO2 Dióxido de nitrogênio PDI Processamento Digital de Imagens ppm Partes por milhão SIG Sistema de Informação Geográfica SR Sensoriamento Remoto tc Tonelada de carbono tonCO2eq Toneladas de carbono equivalente SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 14 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 16 2.1 CONTEXTO GLOBAL DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS ......................................................... 16 2.1.1 Efeito estufa .......................................................................................................... 16 2.1.2 Mudanças climáticas............................................................................................. 18 2.1.3 Protocolo de Kyoto ............................................................................................... 21 2.2 DIÓXIDO DE CARBONO (CO2) ........................................................................................ 22 2.3 INVENTÁRIOS PARA ESTIMAR OS GEE ........................................................................... 24 2.4 O USO DAS GEOTECNOLOGIAS APLICADO AOS ESTUDOS AMBIENTAIS ............................ 25 2 OBJETIVOS ................................................................................................................... 28 2.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................................................... 28 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................ 28 3 MATERIAL E MÉTODOS ........................................................................................... 29 3.1 MATERIAL ..................................................................................................................... 29 3.2 ÁREA DE ESTUDO ........................................................................................................... 29 3.3 MÉTODOS ...................................................................................................................... 31 3.3.1 Construção da base cartográfica ........................................................................... 31 3.3.2 Mapeamento do uso da terra ................................................................................. 31 3.3.3 Mapeamento da vegetação pretérita ..................................................................... 32 3.3.4 Mapeamento pedológico e caracterização da textura do solo .............................. 33 3.3.5 Mapeamento do estoque de carbono no solo sob associação solo-vegetação ...... 35 3.3.6 Estudo da mudança de uso da terra ...................................................................... 36 3.3.7 Cálculo das estimativas de emissões e remoções de CO2 .................................... 38 3.3.8 Elaboração das matrizes de emissões líquidas de CO2 ......................................... 44 3.4 FLUXOGRAMA DAS ESTIMATIVAS DE EMISSÕES LÍQUIDAS ............................................. 45 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................. 46 4.1 MAPA BASE DA ÁREA DE ESTUDO .................................................................................. 46 4.2 MAPA DE USO DO SOLO E COBERTURA VEGETAL ............................................................ 48 4.3 MAPEAMENTO DA VEGETAÇÃO PRETÉRITA .................................................................... 60 4.4 MAPEAMENTO PEDOLÓGICO E CARACTERIZAÇÃO DA TEXTURA DO SOLO ...................... 61 4.5 MAPEAMENTO DO ESTOQUE DE CARBONO PARA ASSOCIAÇÃO SOLO-VEGETAÇÃO ......... 65 4.6 MATRIZ DE TRANSIÇÃO ................................................................................................. 67 4.7 ESTIMATIVAS DAS EMISSÕES LÍQUIDAS DE CO2 ............................................................. 74 5 CONCLUSÕES ............................................................................................................... 85 6 REFERÊNCIAS ............................................................................................................. 86 14 1 INTRODUÇÃO As interferências antrópicas sobre a natureza sempre provocaram danos ambientais, porém foi em meados do século XVIII, a partir da Revolução Industrial, que esses impactos sobre o meio ambiente atingiram uma escala global. As ações antrópicas resultam em diversas transformações tanto na superfície terrestre quanto na composição da atmosfera, o que contribui de forma significativa para os desequilíbrios ambientais e socioeconômicos (BAEDE et al., 2001; CARVALHO et al., 2010; SANTOS et al., 2012). O uso da terra com a finalidade de produzir bens para suprir as necessidades do ser humano tem sido um desafio no que diz respeito a encontrar um ponto de equilíbrio entre o uso racional dos recursos naturais e a produtividade essenciais à sua sobrevivência. Ainda assim, a maneira como o homem interfere na natureza reflete em diversas alterações na superfície terrestre, portanto, à medida que essas mudanças se intensificam a preocupação com o meio ambiente aumenta (SILVA; ROSA, 2016). Entre as ações antropogênicas mais significativas estão as mudanças de uso da terra, nos quais contribuem com as emissões dos gases do efeito estufa (GEE’s) influenciando no balanço energético da atmosfera. As mudanças de uso da terra são consideradas a segunda fonte emissora de dióxido de carbono (CO2) no mundo, perdendo somente para os combustíveis fósseis (TORRES, 2011; IPCC, 2014; MATA et al., 2015). No Brasil as mudanças de uso da terra são consideradas as principais fontes de emissão de GEE. Entre os anos de 1990 e 2012, este setor emitiu para a atmosfera 28 bilhões de toneladas de carbono equivalente (tonCO2eq), o que corresponde a 61% de toda emissão brasileira nesse período. A mudança de uso da terra, devido a transição de floresta para agricultura, pecuária e áreas urbanizadas são as transições que contribuem com mais de 90% destas emissões CO2, onde destacam-se os desmatamentos no bioma amazônico, cerrado e na mata atlântica (ANGEOTTI, 2011; GODOY, 2013; IMAZON, 2014). O CO2 é um gás regulador do efeito estufa, que é proveniente de forma natural e das atividades antrópicas. Estudos têm demonstrado que a intensificação do efeito estufa tem apresentado como principal consequência o aumento da temperatura, contribuindo assim para que catástrofes aconteçam, favorecendo eventos climáticos extremos. Dentre esses acontecimentos destacam-se, o aumento do nível do mar, enchentes, seca, ciclones, tempestades, extinção de espécies da fauna e flora. Além dos problemas ambientais a nível social e econômico (BAUMERT et al., 2005; MOREIRA; GIOMETTI, 2008; HOSHINO et al., 2016; REIS; SILVA, 2016). 15 Por isso, vale ressaltar que a avaliação das estimativas de emissões de CO2 resultante da alteração de uso da terra é de grande relevância para as pesquisas que contribuem com políticas de redução dos GEE’s. Existem várias metodologias para estimar CO2 provenientes destas mudanças, sendo que a maioria delas se baseiam no Guia de Boas Práticas do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (GPG/LULUCF) (IPCC, 2003). No Brasil foram realizados trabalhos tendo como referência o GPG/LULUCF, entre eles, o primeiro inventário brasileiro de emissões antrópicas de gases de efeito estufa (BRASIL, 2006), primeiro inventário de emissões antrópicas de gases de efeito estufa diretos e indiretos do Estado de São Paulo (CETESB, 2011) e o primeiro inventário de emissões antrópicas de gases de efeito estufa diretos e indiretos do Estado de São Paulo - Emissões do setor de uso da terra, mudanças de uso da terra e florestas (CETESB, 2012). Junto com a crescente demanda para se estimar a emissões de CO2 surge a necessidade de utilização de geotecnologia que aprimore a obtenção destes dados, destacando assim o uso dos Sistemas de Informações Geográficas (SIG) e do Sensoriamento Remoto (SR). Essas geotecnologias permitem a atualização na periodicidade dos dados, maior processamento na quantidade de dados e menor custo. Além disso, contribuem para aquisição de informações espaciais, análise mutitemporal, além de auxiliar no diagnóstico que ajudam a monitorar a superfície terrestre. Sendo portanto, capazes de auxiliar nos estudos que busquem estimar os GEE (VAEZA et al., 2010; LEITE; FREITAS, 2013). Nesse contexto esta pesquisa procurou estimar CO2 resultante da mudança de uso da terra para traçar uma metodologia mais simples, uma vez que as metodologias existentes são complexas, e que possa ser replicada em outros territórios, além de gerar informações que contribuam para a mitigação das emissões de CO2. 16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Contexto global das mudanças climáticas 2.1.1 Efeito estufa O efeito estufa (Figura 1) é considerado um fenômeno natural, onde os GEE’s podem ser provenientes, por exemplo, das erupções vulcânicas. Esses gases são responsáveis por manter a temperatura em um nível adequado à sobrevivência das espécies, aproximadamente de 15 °C, considerada uma temperatura apropriada para a existência de vida na terra. Sem esses GEE’s a temperatura seria -18 °C, apresentando variações muito extremas, onde durante o dia a temperatura seria altíssima e à noite bastante baixa (MOREIRA; GIOMETTI, 2008; CARVALHO et al., 2010; TONIOLO; CARNEIRO, 2010). A energia solar atinge a atmosfera na forma de ondas curtas, sendo que parte dessa radiação vai ser refletida ou absorvida, e uma parcela chega à superfície da terra. Na superfície da terra essa radiação vai sofrer o processo de reflexão e absorção, que devido as interações físicas transforma-se em calor, ditas ondas longas, que ao ser irradiado para a atmosfera interage com os GEE’s, onde parte desse calor vai ser utilizado para manter a temperatura da terra em níveis adequados. O nome efeito estufa é dado em alusão a estufa de vegetação, que permite livremente a entrada dos raios solares, mas dificulta a saída do calor, resultando assim no aumento da temperatura no interior da estufa (Figura 1) (SANTOS, 2008; GODOY, 2009; TONIOLO; CARNEIRO, 2010; CASAGRANDE et al., 2011). Figura 1 - Efeito estufa. Fonte: Adaptado de Calijuri e Cunha (2013). 17 Legenda: 1) Incidência dos raios solares, 2) Absorção do raios solares, 3) Reflexão do calor, 4) Calor que retorna e 5) Calor que escapa para o espaço. N2O, CO2 e CH4 são exemplos de gases do efeito estufa. A elevação da quantidade de GEE’s que são emitidos para atmosfera em função das atividades antrópicas, com o destaque para a queima de combustível fóssil e mudança no uso da terra, contribuem para uma maior retenção de calor, consequentemente aumenta a temperatura da terra que pode intensificar as ocorrências de eventos climáticos, como, aumento da desertificação, fortes tempestades, aumento do nível do mar, enchentes e a escassez dos recursos hídricos (SOARES; HIGUCHI, 2006; MOREIRA; GIOMETTI, 2008; FLORIDES; CHRISTODOULIDES, 2009; CARVALHO et al., 2010). Destacam-se como os GEE’s, vapor d’água (H2O), óxido nitroso (N2O), dióxido de carbono (CO2), (Clorofluorcarbonetos) CFC’s e metano (CH4). O CO2 é o principal GEE, pois está entre o gases com maior contribuição para o efeito estufa, proveniente principalmente das atividades antrópicas. Desde a era industrial, século XVIII, a emissão de CO2 provenientes das ações antrópicas tem crescido consideralvemente, uma vez que, é nesse período que se inicia uma grande demanda pela humanidade, principalmente de combustíveis fósseis (SANTOS, 2008; LACERDA; NOBRE, 2010). A concentração de CO2 no início da Revolução Industrial era 280 ppm (partes por milhão) e em 2005 já atingia um valor de 379 ppm, o que deixa clara a forte relação que existe entre a atividade antropogênica e o aumento da emissão de GEE para a atmosfera (IPCC, 2007; SANTOS, 2008; LACERDA; NOBRE, 2010; SAMIMI; ZARINABADI, 2012). De acordo com o IPCC (2014), metade da emissão de CO2 para atmosfera terrestre, considerando o período de 1750 a 2011, foi liberado nos últimos 40 anos. Desde o ano de 1970 as emissões de CO2 aumentaram aproximadamente 40%, principalmente àquelas advindas do combustível fóssil, queimadas e mudança do uso da terra. Uma das maiores emissões dos gases antropogênicos já registradas aconteceu entre 2000 e 2010, sendo que em 2010 chegou a 49 Gt CO2eq ao ano. Somente o CO2 contribuiu com de cerca de 76% dessas emissões. Na maioria dos países o aumento das emissões de CO2, nos últimos anos, está diretamente relacionada à queima de combustíveis fósseis e aos processos industriais voltados principalmente para a produção de cimentos, pois em 2014 foram liberados para atmosfera 35,7 bilhões de toneladas de CO2. Os países que mais emitiram CO2 foram: China, Estados Unidos, União Europeia (EU-28), Índia, Rússia, Japão, com 29,6%, 15%, 9,6%, 6,5%, 5% e 3,6% respectivamente, já o Brasil destaca-se em 12° lugar, contribuindo com mais de 1% (EDGAR, 2015a; EDGAR, 2015b; OLIVIER et al., 2015). 18 No Brasil, ao contrário dos demais países, as emissões de GEE’s foram provenientes da agropecuária e da mudança do uso terra, ficando em sexto lugar no ranking desse tipo de emissões comparado aos outros países (GALZERANO et al., 2014; MELO; ROCHA, 2015), o que torna esses setores prioritários em termos de mitigação de GEE. No entanto, a principal forma de contribuir para a mitigação das emissões GEE oriundas das ações antropogênicas não é apenas reduzir o uso de combustível fóssil (contribui com mais de 90% de CO2), o desmatamento, mudança de uso da terra, a queima de biomassa e manejo inadequado do solo, mas também implementar acões que visem a intensificação do sequestro de carbono pelo solo e pela vegetação (CARVALHO et al., 2010; OLIVIER et al., 2015). 2.1.2 Mudanças climáticas Para o CQNUMC as mudanças climáticas referem-se àquelas em que há a contribuição das atividades antrópicas paras as modificações que ocorrem na composição da atmosfera (NOBRE, 2008). Desde que os registros das temperaturas globais começaram, em 1880, o ano 2014 foi considerado o mais quente, tanto para a superfície terrestre quanto para os oceanos. A temperatura da terra atingiu 1 °C acima da média do século. Já para os oceanos, o valor também foi recorde, 0,57 °C acima da média do século, comparado aos anos de 1998 e 2003 que foram os mais quentes, com 0,05 °C cada. Em 2014, foi a primeira vez desde 1990 que a temperatura dos oceanos atingiu valores mais altos na ausência do fenômeno El niño (NOAA, 2014). O mundo tem sentido os possíveis efeitos prejudiciais da mudanças climáticas, onde suas consequências, são cada vez mais evidentes, principalmente para algumas nações que se tornaram ainda mais susceptíveis a catástrofes naturais que acontecem com mais frequência e são bastantes destrutivas (LEE et al., 2012). Em 2014 a maioria dos regiões do mundo apresentaram temperaturas acima da média global. Países como a Rússia, Estados Unidos, Austrália e aqueles situados na Europa e parte da América do Sul (destacando-se o Brasil) sofreram bastantes com a variação de temperatura (NOAA, 2014). A África, por exemplo, apesar de contribuir com 2 a 3% dos GEE, é um dos continentes mais susceptível às consequências das mudanças climáticas, pois qualquer alteração que ocorra na temperatura global, torna-se muito expressiva. Sabe-se que o Sul da 19 África está aquecendo equivalente ao dobro da média global, 2 °C para a terra significa 4 °C para esse continente (ROBERTS, 2013). De acordo com Amaral et al. (2012), acredita-se que as mudanças no clima não ocorram de forma igualitária no planeta, já que o aumento da temperatura poderá ser mais significativo nas maiores latitudes do hemisfério norte, o que abrange parte da África. O Brasil nos últimos anos tem sofrido bastante com as possíveis consequências das mudanças climáticas, onde foram registrados nos anos de 2005 e 2010, graves secas e enchentes na Amazônia e desde 2013 a seca foi agravada no semiárido nordestino. No sudeste, entre 2014 e 2015, a seca e a baixa de precipitação, contribuíram para o grave déficit dos recursos hídricos, onde o sistema cantareira que abastece água para milhões de pessoas chegou a níveis críticos (MARENGO, 2014; MARENGO; ALVES, 2015). A Convenção Quadro das Nações Unidas sobre as Mudanças do Clima (CQNUMC) se constitui em uma parceria formada entre alguns países em função de uma preocupação comum em relação aos problemas socioambientais provocados pelas ações do homem. O CQNUMC é o principal reponsável por acompanhar e incentivar atividades que visem a redução dos danos sobre o meio ambiente e possíveis contribuições para as mudanças climáticas (CRUZ; FERNANDES, 2013). Como forma de garantir o bom funcionamento da CQNUMC foi criada a Conferência das Partes (COP), onde os países se reunem uma vez por ano para discutir sobre as mudanças climáticas (ABNT; BID, 2013). Um importante órgão ligado ao CQNUMC é o Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), que foi criado para se interar das mudanças climáticas, como também fornecer aos governos soluções para as possíveis consequências das mudanças do clima, dando suporte principalmente aos países menos desenvolvidos, pois são os que menos apresentam infraestrutura para se adaptar à essas mudanças (SILVA; FERNANDES; 2010). O IPCC apresenta como objetivo reunir as informações de maior importância vinculadas no meio científico, pois das suas avaliações elaboram-se relatórios periódicos sobre os riscos proeminentes das consequências das mudanças do clima. Hoje encontra-se no seu quinto relatório, lançado em 2014 (LACERDA; NOBRE, 2010; CRUZ; FERNANDES, 2013). Há indícios de que o aumento das alterações no clima em função ações antrópicas vem se intensificando desde o quarto relatório de avaliação realizado pelo IPCC referente a mudança do clima (AR4). Provavelmente mais da metade da elevação da média da temperatura do planeta, notada entre os anos de 1951 a 2010, foi provocado pela emissão de GEE oriundos das interferências do homem, onde geralmente a emissão desses gases foram 20 impulsionadas pelo crescimento da população, economia, estilo de vida, uso de energia, padrões do uso da terra. As consequências das mudanças climáticas podem provocar impactos irreversíveis para os seres vivos e os sistemas naturais, tais como, escassez d’água e extinção de espécies (IPCC, 2014a; IPCC, 2014b). Caso as emissões GEE’s continuem nas proporções que acontecem hoje, nos próximos anos a temperatura global poderá aumentar até 3 °C, o que é um valor acima do estipulado em debates sobre o clima, já que a meta é manter esse aumento no limite de 2 °C, tendo como base o nível pré-industrial. Porém, as últimas discussões nas Conferências das Partes deixaram um série de incertezas, principalmente em relação às medidas a serem tomadas para se manter a temperatura em um nível adequado para a sobrevivência das espécies (ROBERTS, 2013; TOLLEFSON, 2015). Esse aumento da temperatura é conhecido como aquecimento global que pode ter reflexos diretos nas mudanças do clima e apesar de todas as controversas em relação ao reconhecimento ou não da sua existência, existe um consenso de que é preciso a colaboração de todos para que se possa amenizar os GEE’s e assim evitar as possíveis consequências danosas das mudanças climáticas (LEE et al., 2012). Importante ressaltar que os GEE’s ficam na atmosfera por um período maior que cem anos, isso significa que as emissões muito antigas ainda hoje podem influenciar nas alterações do clima (IPEA, 2011). Caso não haja iniciativas urgentes de todos, em um prazo de 30 a 40 anos, as piores previsões sobre as consequências da alteração do clima serão concretizadas (NOBRE, 2008). Por isso, é de extrema importância encontrar formas de mitigar os GEE’s, já que é a única forma de tentar amenizar seus possíveis danos. Embora existam algumas ações individuais para que se consiga reduzir as emissões dos GEE’s, são necessárias ações coletivas, ou seja, que se tenha a participação de todos os países e que essas decisões sejam pautadas em discussões políticas e socioeconômicas, principalmente porque cada país apresenta ambições e opiniões específicas sobre o que são as mudanças climáticas e como amenizá-las. As possíveis consequência dos GEE ainda são marcadas por incertezas, uma vez que, existem questionamentos quanto a forma como as emissões são projetadas, além disso, cada país interpreta e toma as atitudes para reduzir os GEE’s de acordo com o seu entendimento (GODOY, 2009). A China atualmente é o principal emissor dos GEE’s (MOREIRA; RIBEIRO, 2016). Porém, ainda que este país apresente uma posição de destaque em relação a emissão desses gases procura se interar das políticas relacionadas às mudanças climáticas, ao contrário dos Estados Unidos, que mesmo sendo um dos maiores emissores dos GEE’s o governo deste país 21 não concorda com a existência da mudança do clima, ignorando as políticas relacionas à ela. Ainda que sua Agência de Proteção Ambiental (EPA) juntamente com a conclusão de cientistas em um relatório sobre alterações climáticas façam afirmações de que os americanos estão sentindo seus efeitos (EPA, 2017; FRIEDMAN, 2017). 2.1.3 Protocolo de Kyoto Diante do crescente aumento dos GEE’s liberados para a atmosfera decidiram criar o Protocolo de Kyoto, que consiste no primeiro acordo internacional que estabelece medidas para que os países reduzam as emissões desses gases. Esse protocolo foi assinado em dezembro de 1997 na realização da Terceira Conferências das Partes (COP-3) da CQNUMC, que aconteceu na cidade de Kyoto, Japão. Porém, o acordo somente entrou em vigor em 2005 (SANTOS, 2008; MARQUES, 2012; SONGOLZADEH et al., 2014). No Protocolo ficou decidido que os países industrializados iriam estabilizar e reduzir as emissões do GEE no período de 2008 a 2012, em 5,2%, em relação ao que emitiram no ano de 1990 (MOHAMMADI et al., 2013). Para se alcançar os objetivos do Protocolo foram estabelecidas mecanismos de flexibilização, que dentre eles destaca-se o MDL. No MDL os países desenvolvidos podem contribuir com projetos que reduzam as emissões, sejam estes, sumidouros ou que não liberem os GEE’s. Neste mecanismo pode fazer parte também países em desenvolvimento de forma voluntária, onde sua principal contribuição é ajudar os países desenvolvidos a reduzirem suas emissões e assim atingirem suas metas. Em contrapartida, os países em desenvolvimento crescem economicamente e de forma sustentável (PLAZA; SANTOS, 2009). Próximo ao fim do prazo, em 2011 na 17ª COP, que foi relizada em Durban na África do Sul, houve a votação para a prorrogação desse Protocolo com início em 2013 e término em 2017 ou 2020, sendo que seus detalhes ficaram de ser definidos na Conferência de Doha. Diferentemente do acordo anterior, não apenas o países desenvolvidos fariam parte, mas também os em desenvolvimento. Nessa conferência foram estabelecidas metas para a nações com o intuito de reduzir os GEE’s, incluindo países como, Estados Unidos e China, que se destacam em relação às emissões desses gases no mundo (MARQUES, 2012; THIELE et al., 2012). Os acordos feitos na COP-17 resultaram na Plataforma Durban, que além da prorrogação do Protocolo de Kyoto estabeleceu regras para o Fundo Climático Verde, que surgiu com o intuito de ser um meio para ajudar os países mais pobres a lidar com as https://www.nytimes.com/by/lisa-friedman 22 consequências das mudanças do clima. Tem previsão para começar a funcionar a partir de 2020 (MARQUES, 2012; SILVA, 2012). De acordo com Markandya et al. (2015) quando esse Fundo estiver em operação terá como principal finalidade auxiliar os países pobres em relação a mitigação de GEE, ajudando- os a se adaptarem às alterações do clima, por meio da invenção de tecnologias que emitam menos GEE’s. Além disso, irá tentar solucionar diversos problemas relacionados à mitigação e a adaptação, como: a quantidade de financiamentos feitos pelos países desenvolvidos aos mais pobres, medidas para aumentar esses financiamentos e criar um meio econômico para administrá-los e distribruí-los. Uma parte importante desse recurso será destinado às atividades que envolvam a redução de emissão dos GEE’s por desmatamento. A COP-18 que aconteceu em 2012 em Doha, Catar, foi o último encontro com a primeira fase do Protocolo ainda em vigor. Nele foi decidido que o Protocolo de Kyoto seria prorrogado até 2020 e que suas regras seriam mantidas (GAMBA; RIBEIRO, 2013; SOUZA et al., 2017). Apesar dos resultados da COP-18 não terem sido muito satisfatórios, surgiram duas das mais significativas decisões, que foram, a definição de uma segunda fase do Protocolo, entre janeiro de 2013 até dezembro de 2020, e a criação de um novo acordo legalmente vinculativo no ano de 2020 (CARIAS, 2015). Na COP-18 os países firmaram um acordo em manter o crescimento da temperatura do globo a um nível abaixo de 2 °C até o ano de 2050, além disso se comprometeram em reduzir os GEE’s entre 2013 e 2020 em pelo menos 18% abaixo dos valores de 1990 (CARIAS, 2015), porém algumas decissões essenciais não foram definidas, por exemplo, como se dará a segunda fase do Protocolo de Kyoto e também com será a assistência aos países mais pobres para lidar com as consequências da mudanças climáticas globais (SOUSA, 2014). Na última COP (22ª), realizado em 2016, que aconteceu em Marrocos foi demonstrado que o acordo de Paris, firmado na 21ª COP, já estava em andamento e que os países envolvidos encontravam-se trabalhando coletivamente nas questões voltadas às mudanças climáticas (UNITED NATIONS, 2016). 2.2 Dióxido de carbono (CO2) O carbono é um dos elementos mais importantes para a vida, já que é capaz de se ligar a outros elementos formando compostos essenciais, tais como: carboidratos, lipídios e proteínas. O carbono pode ser encontrado na atmosfera, nos ecossistemas terrestres, oceanos e biosfera e muitas vezes esses compartimentos são chamados de reservatórios ou estoque de 23 carbono, pois funcionam como um local de armazenamento de grandes quantidades desse componente. A circulação de carbono de um reservatório para outro é conhecida por fluxo de carbono (UNH, 2009). O maior reservatório de carbono encontra-se nos oceanos (40.000 Gt), seguido dos solos (1.500 Gt) e vegetação (650 Gt). Porém, existe também um grande reservatório geológico, em que aproximadamente 6,5 Gt de carbonos são emitidos anualmente para atmosfera devido a queima de combustíveis fósseis (ZIMOV et al., 2006). Desde a revolução industrial a concentração de CO2 já aumentou mais de 40%. As estimativas globais de emissão de CO2 são aproximadamente de 30Gt/ano, isso faz com que no ciclo natural do carbono haja um desequilíbrio e consequentemente provoque um aumento desse gás na atmosfera. Atualmente essa concentração aumenta aproximadamente 2ppm/ano (MOREIRA; PIRES, 2016). O ciclo do carbono (Figura 2) pode ser definido como a maneira no qual o carbono, em suas deversas formas, circula por seus compartimentos principais (SOUSA, 2013). Esse ciclo apresenta grande importância para os ecossistemas terrestres e aquáticos. A superfície da terra fixa o CO2 da atmosfera por meio de dois processos, biológicos e fisico-químicos. O processo biológico é responsável pela formação dos combustíveis fósseis e o físico-químico está diretamente relacionado à formação das rochas (TONIOLO; CARNEIRO, 2010). Figura 2 - Ciclo do carbono simplificado. Fonte: Calijuri e Cunha (2013). 24 A vegetação e o solo, que formam o ecossistema terrestre são considerados essenciais no ciclo do carbono. A planta por meio da fotossíntese retira o CO2 da atmosfera para formar glicose (C6H12O6). Parte desse gás retorna para a atmosfera, quando ocorre a respiração e a decomposição da matéria morta, e a outra parte é utilizada para formar biomassa dos seres vivos. Esse processo de retirada e devolução de CO2 da atmosfera pode sofrer interferências das atividades antrópicas, contribuindo para um desequilíbrio do ciclo natural, o que pode provocar alteração do efeito estufa (BRAGA et al., 2002; LIXANDRU et al., 2007; LACERDA; NOBRE, 2010; CALIJURI; CUNHA, 2013). Quando os animais e plantas morrem parte de suas biomassas são incorporadas à biomassa dos decompositores, porém a outra parte vai se concentrar na litosfera por meio de um processo lento, e que ao longo do tempo vai formar os combustíveis fósseis. A liberação desse carbono acumulado só ocontece quando há um processo de queima. Porém, existe um problema, a quantidade de CO2 liberado por meio da queima de combustível fóssil é muito maior que a capacidade dos vegetais em absorvê-lo e para agravar mais essa situação, tem o aumento do desmatamento, que reduz o sequestro de CO2 da atmosfera por meio dos vegetais (BRAGA et al., 2002; CALIJURI; CUNHA, 2013). Pode-se dizer que o ciclo de carbono é um dos responsáveis por proporcionar bem- estar ao nosso planeta, uma vez que apresenta uma das funções mais importantes, que é regular a temperatura da terra por meio do controle das concentrações CO2 na atmosfera (BRAGA et al., 2002; UNH, 2009). De acordo com Baird e Cann (2011), medir o tempo de vida de uma molécula de CO2 na atmosfera é um processo difícil, uma vez que em relação a maioria dos gases, a molécula de CO2 não sofre o processo de decomposição química ou fotoquímica. Apenas anos depois de ser emitida a molécula de CO2 vai estar disponível para ser dissolvida pela superfície do mar ou absorvida pelos vegetais. O ciclo de carbono é complexo, porém é um dos ciclos biogeoquímicos mais importantes para a manutenção da vida na terra, pois seu entedimento é de suma importância para a compreensão de todos os processo que contribuem com o aumento da tempertura terrestre e assim tentar encontrar soluções que possam amenizar os danos em escala global. 2.3 Inventários para estimar os GEE Uma das formas de se estimar os gases do efeito estufa é por meio de inventários dos GEE’s, já que permitem saber e atualizar os dados referentes à essas emissões, o que ajuda no 25 planejamento das decisões a serem tomadas. Portanto, os inventários são essenciais para se levantar as principais informações relacionadas ao aumento dos GEE’s de origem antropogênica (ABNT; BID, 2013). O governo brasileiro com o intuito de contribuir com as reduções dos GEE’s, criou em dezembro de 2009 a Política de Nacional sobre Mudanças do Clima (PNMC), que é instituída pela Lei nº 12.187, no qual o país se comprometeu de forma voluntária em reduzir entre 36,1% e 38,9% das emissões estabelecidas até o ano de 2020. Alguns artigos dessa Lei são regulamentados pelo decreto Nº 7.390, do ano de 2010, que para atingir seu objetivo criou ações para reduzir o desmatamento, recuperar pastagem degradadas e aumentar o reflorestamento, pois assim poderá reduzir as emissões entre 1.168 milhões de tonCO2eq a 1.259 milhões de tonCO2eq em relação ao valor total de 3.236 milhões tonCO2eq estipulado para 2020 (BRASIL, 2009; BRASIL, 2010). O primeiro inventário brasileiro de emissões do gases do efeito estufa foi realizado em 2006. Depois deste os Estados de São paulo, Minas Gerais e Rio de Janeiro já tomaram iniciativas para ajudar na redução dos GEE’s, de acordo com Lei nº 13.798 do ano de 2009, Decreto Estadual n° 45.229 do ano de 2009 e Lei nº 5.690, do ano de 2010, respectivamente (SÃO PAULO, 2009; MINAS GERAIS, 2009; RIO DE JANEIRO, 2010). O inventário de emissão do GEE de origem antrópica do Estado de São Paulo encontra-se na sua segunda edição e segue metodologia proposta pelo guia de boas práticas do IPCC. Esse inventário permitiu saber quais as principais origens dos GEE’s, como também identificar quais áreas são prioritárias em termos de mitigação, tornando-se uma importante ferramenta de gestão (CETESB, 2012). Na literatura existem vários trabalhos a nível governamental para estimar as emissões dos GEE’s oriundas das atividades antrópicas, tais como, os inventários para os Estados citados anteriormente, porém a maioria deles utilizam metodologias complexas e de difícil replicação, principalmente quando precisa se utilizar dessa metodologia para realizar uma pesquisa mais específica, por exemplo, a nível de bacia hidrográfica. 2.4 O uso das geotecnologias aplicado aos estudos ambientais As geotecnologias vêm se destacando em diversas áreas como uma das ferramentas fundamentais nas tomadas de decisões. Em relação ao meio ambiente elas podem permitir um diagnóstico, análise, planejamento e gestão dos recursos de forma mais efetiva, tornando-as essenciais para estudar as transformações ambientais ocorridas ao longo dos anos. Dentre as 26 geotecnologias destacam-se, o geoprocessamento, SR, SIG e o processamento digital de imagens (PDI) (ROSA 2005; CAMPOS et al., 2015; MARTINS; ROSA, 2016). Essas ferramentas tornaram-se imprescindíveis para que se possa fazer o monitoramento das mudanças na superfície da terra, principalmente por se tratar de um meio de aquisição de dados de forma rápida, eficaz e com menor custo econômico, além de possibilitar o levantamento de informações a nível temporal e fornecer subsídios para tomadas de decisões futuras (FITZ, 2008; VAEZA et al., 2010). O geoprocessamento pode ser definido como a utilização de métodos matemáticos e computacionais para que se possa fazer o tratamento dos dados adquiridos ou extrair informações de objetos ou fenômenos que podem ser localizados geograficamente. As técnicas de geoprocessamento são bastantes empregadas para saber as transformações ocorridas no uso da terra, sendo capazes de criar uma base georreferenciada que auxilie na representação e diagnóstico do espaço geográfico de forma mais dinâmica (MOREIRA, 2003; FUJACO et al., 2010). As técnicas empregadas no geoprocessamento compõem um conjunto definido como SIG (MOREIRA, 2003), que são ferramentas computacionais formadas por equipamentos e programas, nos quais são responsáveis por gerenciar dados, pessoas e organizações possibilitando a coleta, o armazenamento, processamento, análise e o fornecimento de informações de forma georreferenciada, que seja de fácil aplicabilidade, segura e eficiente nos estudos referentes ao meio geográfico (ROSA, 2005). No SIG, além da necessidade da utilização de um computador é essencial que se tenha uma base de dados georrefereciados, pois estas informações estão ligadas a coordenadas conhecidas, ou seja, os dados associam-se aos pontos do mundo real por suas coordenadas geográficas. Logo, os produtos resultantes do SIG, pelo fato de estarem associados ao meio físico, podem apresentar diversas aplicabilidades relacionadas à fatores ambientais, econômicos e socias (FITZ, 2008). O sensoriamento remoto pode ser definido como um forma de obtenção de informações de objetos ou eventos que se encontram a uma certa distância sem que haja contato direto dos sensores com os alvos ou fenômenos observados. Isto só acontece devido a existência ou a geração de um campo de força entre o sensor e o objeto a ser imageado ( KONECNY, 2003; WENG, 2010). A utilização do sensorimento remoto foi iniciado no período das duas primeiras guerras mundias como uma forma de estratégia militar no auxílio das decisões a serem tomadas. Inicialmente fazia-se apenas o uso de fotografias aéreas, com o passar do tempo as 27 técnicas de obtenção de informações da superfície da terra foram se aperfeiçoando e então os sensores começaram a ser utilizados. A obtenção dessas informações pode ser de duas formas, a nível orbital e suborbital. Orbital, quando as imagens são adquiridas por sensores acoplados em satélites, já no suborbital pode ser obtido por sensores instalados em aeronaves ou no solo (ROSA, 2005; RUBERT; MACIEL; 2009). O primeiro país a lançar um satélite foi os Estados Unidos, no ano de 1972. Posteriormente as técnicas de obtenção de imagens orbitais foram se aprimorando, tornando- as indispensáveis para aquisição de informações sobre a superfície terrestre. No Brasil, somente em meados da década de 60 que teve início o uso do sensoriamento, por meio de trabalhos feitos pelo RADAM BRASIL, cuja a principal finalidade era fornecer informações sobre os riquezas naturais do país (ROSA, 2005). Estudos relacionados ao uso da terra começaram a utilizar os procedimentos de sensoriamento remoto apenas na década de 70 (AQUINO et al., 2012). Os sensores podem ser classificados em dois tipos: não-imageadores, que captam a radiância do alvo e os resultados dos dados são apresentados em forma de tabelas e gráficos; e imageadores, em que a saída dos dados é em forma de imagens. As características dos sistemas sensores imageadores podem ser expressas por quatro tipos de resolução: espectral, espacial ou geométrica, temporal e radiométrica (MOREIRA, 2003). A resolução espectral é representada pela quantidade de bandas espectrais que o sensor possui, o que vai determinar sua capacidade de obsorção em função do intervalo de tempo do seu comprimento de onda; resolução espacial ou geométrica é a área real que cada pixel da imagem representa no terreno, ou seja, é o tamanho do pixel; resolução temporal diz respeito ao período necessário para que o satélite volte a fazer o imageamento da área de estudo; por fim, a resolução radiométrica corresponde ao número de níveis de cinza que uma imagem apresenta, sendo representado por números binários, que são os bits (MOREIRA, 2003; FITZ, 2008). As imagens em sensoriamento remoto são obtidas por meio de sensores imageadores que medem a radiação eletromagnética, que é refletida e/ou emitida pelos objetos (exemplo, vegetação, solo e água), proveniente da luz solar. Como esses sensores são capazes de determinar a variação da energia dos alvos em diferentes regiões do espectro eletromagnético, o que se obtém são imagens que podem ser transformadas em informações úteis para o estudo em diversas áreas do conhecimento, como, engenharias, geologia, geografia e biologia (MOREIRA, 2003; ROSA, 2005; SALIM, 2013; FERREIRA; ARAÚJO, 2015; ARAÚJO et al., 2016). 28 As imagens servem de suporte para diversos usos e a maioria das vezes precisam de tratamentos para que se obtenha melhor qualidade, isso pode ser alcançado, por exemplo, por meio do PDI. Este é realizado com objetivo de obter dados específicos das imagens e está relacionado à necessidade de se modificar o formato original de uma imagem para realçar determinadas características, que são de interesse do analista. Esse método minimiza a subjetividade característica do procedimento de interpretação visual, obtendo assim melhores resultados para as informações prentendidas (LUCHIARI, 2001; LOPERA, 2010). Uma das principais formas de analisar uma imagem multiespectral é por meio da sua classificação, que pode ser definida como a identificação de certos elementos que se encontram nessa imagem, no qual pode associar cada um dos seus pixels à uma categoria de uso da terra já predefinida. A classificação de imagens é importante, porque gera imagens virtuais da área de estudo, que além de possibilitar o cruzamento de dados, ajuda na elaboração de mapas temáticos (LOVELAND et al., 2002; MOREIRA, 2003; GONÇALVES et al., 2008; FITZ, 2008; CASTILLEJO-GONZÁLEZ et al., 2009; ROSA, 2009; KAWAKUBO, 2010). 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo geral Estimar as emissões do dióxido de carbono (CO2) em função das mudanças de uso da terra para a análise do fluxo de carbono em bacia hidrográfica. 2.2 Objetivos específicos • Mapear, caracterizar e quantificar o uso da terra dos anos de 2007, 2010, 2013 e 2016 da Bacia Hidrográfica do Rio Una para análise das mudanças ocorridas; • Caracterizar as transições observadas entre as categorias de uso da terra e calcular as estimativas de emissões líquidas de CO2 entre os anos de 2007-2010, 2010-2013 e 2013- 2016; • Traçar um delineamento técnico-metodológico para o cálculo das estimativas de emissões líquidas de CO2 provenientes das mudanças de uso da terra. 29 3 MATERIAL E MÉTODOS 3.1 Material • Mapa da Vegetação do Brasil na escala de 1:5.000.000, do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2004); • Mapa de solos do Estado de São Paulo na escala de 1:500.000, disponibilizado pelo Instituto Agronômico de Campinas (OLIVEIRA et al., 1999); • Cartas topográficas do Instituto Geográfico e Cartográfico (IGC) na escala de 1:10.000, para o município de Ibiúna (IGC, 1979); • Imagens do satélite Landsat 5 (TM) para o ano de 2007 (United States Geological Survey - USGS); • Imagens do satélite Spot 5 para o ano de 2010 , cedidas pela Secretaria de Meio ambiente do Estado de São de Paulo (SMA); • Imagens do satélite RapidEye para o ano de 2013, disponibilizadas pelo Ministério do Meio Ambiente (MMA); • Imagens de satélite Sentinel 2A para o ano de 2016, obtidas no United States Geological Survey (USGS); • Softwares de geoprocessamento e processamento de dados e imagens ArcGIS 10.3 (ESRI, 2014), Idrisi Selva (CLARK LABS, 2012) e Microsoft Excel (MICROSOFT CORPORATION, 2010). 3.2 Área de estudo O estudo foi aplicado na Bacia Hidrográfica do Rio Una (Figura 3), situada na cidade de Ibiúna, sudeste do Brasil, ocupando 9% dessa área territorial. 30 Figura 3 - Mapa de localização da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Autoria própria. A bacia apresenta uma área de aproximadamente 96,42 km² e destaca-se por estar inserida em um território de elevado desenvolvimento econômico, com forte expressão da produção agrícola. A Bacia Hidrográfica do Rio Una contribui significativamente para a formação de importantes reservatórios, entre eles o de Itupararanga, considerado a principal fonte de fornecimento de água para diversos municípios da região, com destaque para Ibiúna, Sorocaba, Mairinque e Votorantim. Além disso, é marcada por apresentar uma intensa ocupação e fragmentação da paisagem, com diferentes usos da terra e diversos graus de perturbação devido às atividades antropogênicas (SÃO PAULO, 2008; IBGE; 2010; SANTOS, 2012; ROSA et al., 2014). A cobertura arbórea da bacia é formada por fragmentos florestais característicos da Mata Atlântica. Predominam solos do tipo argissolos e latossolos e a pluviosidade média é de aproximadamente 1.500 mm/ano, com o destaque para o mês de janeiro com maior 31 precipitação média (cerca de 43 mm) e o período de agosto como menos chuvoso (precipitação de 5,8 mm) (OLIVEIRA et al., 1999; SALLES et al., 2008). 3.3 Métodos 3.3.1 Construção da base cartográfica A base cartografica de apoio foi construída com as informações adquiridas em formato digital das cartas topográficas do IGC para a área de estudo, cuja primeira edição foi em 1979, em sistema de coordenada Universal Transversa de Mercator (UTM), Meridiano Central de 45º e Fuso 23, com o Datum Córrego Alegre para referência horizontal e o Datum do Marégrafo de Imbituba para a referência vertical. As cartas topográficas, foram vetorizadas por meio do software Autocad Map (AUTODESK, 2012) considerando as informações referentes as planimétricas, como: estradas, hidrografia, área urbana e limite da bacia. Além disso, foram obtidas as informações altimétricas referentes às curvas de nível e pontos cotados. Todas as informações vetorizadas foram passadas para o software ArcGIS 10.3 (ESRI, 2014) e manipuladas empregando ferramentas de análise espacial. 3.3.2 Mapeamento do uso da terra Os mapeamentos das coberturas da superfície terrestre foi elaborado utilizando-se as imagens de satélites do Landsat 5 para o ano de 2007, Spot 5 para 2010, RapidEye para 2013 e Sentinel 2A para 2016 (Quadro 1), resultando no produto temático denominado “Mapa de uso do solo e cobertura vegetal”. As imagens utilizadas referem-se ao mês de novembro, com exceção do Landsat 5 que foi adquirida para o mês de setembro, ambas com cobertura de nuvens inferior a 20%. Quadro 1 - Características das imagens dos satélites utilizados Satélite Ano Órbita/Ponto Resolução Espacial Mês Landsat 5 2007 219/076 30 metros Setembro Spot 5 2010 - 2,5 metros Novembro RapidEye 2013 - 5 metros Novembro Sentinel 2A 2016 Órbita 38 20 metros Novembro Fonte: Autoria própria. 32 As imagens passaram pelos processos de reprojeção e correções geométricas para o hemisfério sul, utilizando o sistema de projeção UTM, Datum SIRGAS 2000, fuso 23S. A classificação das imagens foi realizada por meio de interpretação visual e retroanálise multitemporal. O método da interpretação visual, consiste na vetorização das categorias ou classes identificadas na área de estudo sobre a tela do computador através da identificação das feições, pela sua forma (geometria do alvo), tonalidade (quantidade de energia que é refletida pelo alvo) e textura (se o objeto é mais homogêneo, heterogêneo, liso ou rugoso) (PANIZZA; FONSECA; 2011). A composição utilizada para os mapeamentos foram a falsa cor. Para a composição do Spot 5 foram utilizadas as bandas espectrais 3 (red), 2 (blue) e 1 (green), para o Landsat 5 as bandas 4 (red), 3 (blue) e 2 (green), para o RapidEye utilizou-se as bandas 5 (red), 2 (blue) e 1 (green) e em relação ao Sentinel 2A as bandas foram 12 (red), 11 (blue) e 8A (green). A retroanálise multitemporal foi realizada com base nos mapeamentos de uso do solo e cobertura vegetal dos anos de 2010 e 2013, já que estes mapeamantos foram executados com imagens de alta resolução. A partir do mapeamento de 2010 fez-se a o mapeamento de 2007 e o mapeamento de 2013 serviu de base para se obter o mapeamento de 2016. Para retroanálise multitemporal utilizando imagens com baixa resolução espacial, Oliveira et al. (2014) recomenda que seja feita uma simplificação das categorias do mapeamento, a partir do mapeamento realizado com a imagem de melhor resolução, reduzindo os danos à análise obtida. As categorias de uso da terra adotadas para as legendas dos mapas de uso do solo e cobertura vegetal gerados foram adaptadas das orientações do Guia de Boas Práticas para Uso da Terra, Mudanças no Uso da Terra e Floresta (GPG/LULUCF) e do o Manual Técnico de Uso da Terra, sendo elas: Floresta (F), Reflorestamento (R), Campo (C), Agricultura (A), Área urbana (Au), Área alagada (Aa) e Pastagem (P) (IPCC, 2003; IBGE, 2013). 3.3.3 Mapeamento da vegetação pretérita A vegetação pretérita refere-se ao tipo de vegetação que ocorria em um determinado local antes das interferências antrópicas, neste caso tendo como base o descobrimento do Brasil (IBGE, 2004; DON et al., 2011; SANTOS et al., 2012). Para a definição da vegetação pretérita da bacia realizou-se um recorte do arquivo vetorial do mapeamento da vegetação pretérita do Brasil para a área de estudo e com o auxílio 33 do Modelo Digital de Elevação (MDE) determinou os tipos de formações florestais que existiam na bacia. O MDE foi gerado através das curvas de nível e pontos cotados obtidos da vetorização base cartográfica de apoio e do método Irregular Triangulated Networks (TIN), onde os pontos foram ligados entre si formando uma rede de triângulos. O TIN apresenta uma estrutura vetorial com topologia nó-arco, onde para cada um dos três vértices do triângulo existem coordenadas de localização X, Y e o atributo Z (SOUZA, 2006; SOUSA JUNIOR; DEMATTÊ, 2008; ESRI, 2014). Depois de criado o MDE, este foi sobreposto ao mapa da vegetação pretérita da bacia para saber quais os tipos de vegetação que predominavam em cada relevo, ou seja, na parte baixa, média e alta da bacia na época do descobrimento do Brasil. O MDE teve a função orientativa na construção do mapa de vegetação pretérita da bacia, já que um dos fatores controladores da cobertura de florestas está relacionado a altitude do relevo. Obtidas as fisionomias florestais pretéritas, estas foram enquadradas nas categorias de vegetação estabelecidas por Bernuox e colaboradores (2002). Estes autores definem 15 grupos de vegetação para o Brasil (Quadro 2), porém como na bacia encontra-se somente o bioma característico da mata atlântica, este foi utilizado como base para a definição dos grupos de vegetação existentes na área de estudo. Com exceção dos demais tipos vegetacionais, a floresta atântica aqui correspondeu a floresta ombrófila densa montana, já que conforme suas definições foi que apresentou características similares. Quadro 2 - Grupos de vegetação definidos para o bioma mata atlântica Grupos Categorias da vegetação V3 Floresta Ombrófila Densa Montana (Floresta Atlântica) V4 Floresta Estacional Decidual V5 Floresta Estacional Semidecidual V6 Floresta Ombrófila Mista Fonte: Adaptado de Bernuox et al. (2002). 3.3.4 Mapeamento pedológico e caracterização da textura do solo Para se obter os tipos de solos existentes na bacia foi realizado um recorte do arquivo vetorial do mapeamento de solos do Estado de São Paulo para a área de estudo. 34 A escala desse mapeamento é pequena, o que não permitiu maiores detalhes para a área de estudo. Desta maneira, fez-se necessário a realização de uma análise das texturas do solo no sentido de detalhar a caracterização da textura do solo e consequentemente proporcionar uma maior contribuição nos estudos do estoque de carbono no solo. A textura foi caracterizada por meio da análise granulométrica do solo. Foram feitas 35 coletas dos pontos amostrais de solo distribuídos em uma malha amostral irregular o qual considerou diferentes tipos de uso do solo e cobertura vegetal (Figura 4). Figura 4 - Malha amostral irregular da análise granulométrica para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Autoria própria 35 A coleta foi realizada com trado na profundidade de 0-20 cm, retirando-se 500 gramas de solo. Todas as amostras foram embaladas em saco plástico, identificadas e levadas ao Laboratório de Águas e Solos da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP) - Instituto de Ciência e Tecnologia de Sorocaba. A metodologia empregada foi a desenvolvida pelo Instituto Agronômico de Campinas (IAC), denominado método da pipeta na terra fina seca ao ar (TFSA). O solo em solução dispersante de hidróxido e hexametasfofato de sódio foi misturado em agitador rotatório de Wagner durante 16 horas. Para a determinação das frações de areia foram utilizadas peneira de 0,2 mm e as frações de argila e silte foram separadas por pipeta em períodos de sedimentação, tendo como embasamento a Lei de Stokes (IAC, 2009). A classificação das texturas do solo foi realizada conforme o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (SBCS) (EMBRAPA, 2006). Foi realizado uma interseção entre os tipos de solos e as texturas do solo da bacia, visando definir os grupos de solos na bacia, a partir dos grupos de solos estabelecidos para o Brasil de acordo Bernuox et al. (2002) (Quadro 3). Quadro 3 - Grupos de solos estabelecidos para o Brasil Grupos Categorias de solos S1 Solos que apresentam argila de atividade alta S2 Latossolos com presença de argila de atividade baixa S3 Solos diferentes de Latossolos com argila de atividade baixa S4 Solos arenosos S5 Solos hidromórficos S6 Solos que não apresentam nenhuma das características citadas anteriore anteriormente Fonte: Adaptado de Bernuox et al. (2002). 3.3.5 Mapeamento do estoque de carbono no solo sob associação solo-vegetação A partir do mapa da vegetação pretérita juntamente com os grupos de solos estabelecidos para a bacia, foi realizado o mapeamento do estoque de carbono no solo resultante dessa associação. Os valores de carbono adotados neste estudo foram determinados segundo CETESB (2012) para o solos do Brasil (Tabela 1). 36 Tabela 1 - Valores do estoque de carbono no solo sob a associação solo-vegetação estabelecidos para os solos do Brasil Solos (Kgc/m2) Vegetação S1 S2 S3 S4 S5 S6 V3 5,83 5,23 4,29 6,33 3,58 41,78 V4 4,67 3,08 4,00 2,59 3,27 3,18 V5 4,09 4,43 3,74 2,70 5,36 3,16 V6 9,88 10,25 5,68 - 8,54 - Fonte: Adaptado da CETESB (2012). Legenda: (V3) Floresta Ombrófila Densa Montana, (V4) Floresta Estacional Decidual, (V5) Floresta Estacional Semidecidual e (V6) Floresta Ombrófila Mista. (S1) Solos que apresentam argila de atividade alta, (S2) Latossolos com presença de argila de atividade baixa, (S3) Solos diferentes de Latossolos com argila de atividade baixa, (S4) Solos arenosos, (S5) Solos hidromórficos e (S6) Solos que não apresentam nenhuma das características citadas anteriormente. Os estoques de carbono resultantes da associação solo-vegetação foram obtidos e espacializados utilizando a Interpolação IDW feita pela ferramenta Ponderação do Inverso da Distância (IDW) do software ArcGIS 10.3. A interpolação IDW é considerada um método simples e mais utilizado para pontos que se encontram espalhados espacialmente, onde o peso do ponto é atribuído conforme a distância, ou seja, quanto mais próximo estiver o ponto maior o peso e vice-versa (MARCUZZO et al., 2011; RIGHI; BASSO; 2016). Essa interpolação é obtida conforme a Equação 1. (Equação 1) Sendo: z (valores estimados), x (número de pontos), n (é a quantidade de pontos que estão próximos e utilizados na interpolação do ponto x), xi (valores conhecidos), dij (peso do valor xi sobre o ponto x) e ɑ (potência, que geralmente igual a dois). 3.3.6 Estudo da mudança de uso da terra As transições foram realizadas utilizando os mapas de uso do solo e cobertura vegetal gerados para três períodos, 2007 a 2010, 2010 a 2013 e 2013 a 2016. O método utilizado foi o de detecção de mudanças pós-classificação, já que anteriormente as imagens foram classificadas individualmente e depois comparadas (OLIVEIRA et al., 2014). Esse método de detecção de mudança apresenta entre suas vantagens a possibilidade de se comparar imagens 37 de diferentes resoluções e sua desvantagem está no fato da sua acurácia depender da classificação feita para cada ano (MENKE et al. 2009). As matrizes de transições consistem na comparação do ano anterior com o ano posterior para detectar as mudanças ocorridas e detecção das áreas em hectares (ha) de cada categoria. Esse processo foi realizado por meio da ferramenta de tabulação cruzada (Tabulate Area) no software ArcGIS 10.3. Os valores identificados foram registrados em uma matriz de transição similar à Tabela 2, onde as células preenchidas em cinza indicam as transições improváveis de acontecer no período analisado, as células em verde foram as áreas em que houveram permanência no período analisado e as células não coloridas são as transições que ocorreram. As linhas representam o ano anterior e as colunas o ano posterior (CETESB, 2011; CETESB, 2012). Tabela 2 - Modelo da matriz de transição para as categorias de uso da terra para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP Área (ha) Uso da terra (Ano posterior) U so d a t er ra ( A n o a n te r io r) C F Au A Aa P R Total (Ano anterior) Transição C F Au A Aa P R Total (Ano posterior) T o ta l d e tr a n si çã o Fonte: Modelo da matriz adaptado da CETESB (2012). Legenda: (C) Campo, (F) Floresta, (Au) Área urbana, (A) Agricultura, (Aa) Área alagada, (P) Pastagem e (R) Reflorestamento. Para a representação espacial das transições ocorridas foi utilizada a ferramenta Land Change Modeler do software Idrisi Selva (CLARK LABS, 2014). Essa ferramenta possibilita 38 estudar as mudanças do uso da terra e identificar as transições ocorridas a nível espacial (ERASO et al., 2013). 3.3.7 Cálculo das estimativas de emissões e remoções de CO2 As matrizes das emissões líquidas de CO2 foram obtidas por meio dos cálculos das estimativas de emissões/remoções de CO2 resultantes das mudanças de uso da terra e das estimativas de emissões e remoções de CO2 relativo à mudança de estoque do carbono no solo. Ambos os procedimentos foram feitos por meio do software ArcGIS 10.3. 3.3.7.1 Cálculo das estimativas de emissões e remoções de CO2 das mudanças de uso da terra Foram utilizadas equações segundo o Quadro 4 (CETESB, 2012), considerando-se as sete categorias de uso da terra estabelecidas nesta pesquisa: Campo (C), Floresta (F), Área urbana (Au), Agricultura (A), Área alagada (Aa), Pastagem (P) e Reflorestamento (R). Quadro 4 - Equações para as transições ocorridas para as categorias de uso da terra TRANSIÇÕES EQUAÇÕES Campo para Área urbana (Equação 2) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]. Campo para Agricultura (Equação 3) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha- 1]. Campo para Pastagem (Equação 4) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; Pec: estoque médio de carbono em pastagem [tc.ha-1]. Campo para Floresta (Equação 5) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]. Campo para Área alagada (Equação 6) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; Res: estoque médio de carbono em áreas alagadas [tc.ha-1]. 39 Quadro 4 - Equações para as transições ocorridas para as categorias de uso da terra (Continuação) TRANSIÇÕES EQUAÇÕES Campo para Reflorestamento (Equação 7) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; Incr(Ref): incremento médio anual de carbono em reflorestamento [tc.(ha.ano)-1]; T: intervalo do período inventariado [ano]. Floresta para Campo (Equação 8) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; O: estoque médio de carbono em outros usos [tc.ha-1]. Floresta para Área urbana (Equação 9) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]. Floresta para Agricultura (Equação 10) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha- 1]. Floresta para Área alagada (Equação 11) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; Res: estoque médio de carbono em áreas alagadas [tc.ha-1]. Floresta para Pastagem (Equação 12) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; Pec: estoque médio de carbono em pastagem [tc.ha-1] Floresta para Reflorestamento (Equação 13) Ei: emissão média de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Ci: estoque médio de carbono da fisionomia vegetal do polígono i [tc.ha-1]; Incr(Ref): incremento médio anual de carbono em reflorestamento [tc.(ha.ano)-1]; T: intervalo do período inventariado [ano]. Área urbana para Agricultura (Equação 14) Ei: emissão média de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]; O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]. 40 Quadro 4 - Equações para as transições ocorridas para as categorias de uso da terra (Continuação) TRANSIÇÕES EQUAÇÕES Área urbana para Campo (Equação 15) Ei: emissão média de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]; O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]. Área urbana para Floresta (Equação 16) Ei: emissão média de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]; O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]. Área urbana para Reflorestamento (Equação 17) Ei: emissão média de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]; O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]. Área urbana para Área alagada (Equação 18) Ei: emissão média de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]; O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]. Agricultura para Campo (Equação 19) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha-1]; Reb(G):incremento médio anual de carbono em campo [tc.(ha.ano)-1]; T: intervalo de tempo (ano). Agricultura para Floresta (Equação 20) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha-1]; Rebf: incremento médio anual de carbono na floresta [tc. (ha.ano) -1]; T: intervalo de tempo (ano). Agricultura para Área urbana (Equação 21) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha-1]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]. Agricultura para Área alagada (Equação 22) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T (tc); Ai: área do polígono i (ha); Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha-1]; Res: Estoque médio de carbono em áreas alagadas [tc.ha-1]. 41 Quadro 4 - Equações para as transições ocorridas para as categorias de uso da terra (Continuação) TRANSIÇÕES EQUAÇÕES Agricultura para Pastagem (Equação 23) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha-1]; Pec: estoque médio de carbono em pastagem [tc.ha-1]. Agricultura para Reflorestamento (Equação 24) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T[tc]; Ai: área do polígono i [ha]; AvAgr: estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha-1]; Incr(Ref): incremento médio anual de carbono em reflorestamento [tc.(ha.ano)- 1]; T: intervalo do período inventariado [ano]. Área alagada para Área urbana (Equação 25) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]. Área alagada para Floresta (Equação 26) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T[tc]; Ai: área do polígono i [ha]; O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]; Rebf: incremento médio anual de carbono na floresta [tc.(ha.ano)-1]; T: intervalo do período inventariado [ano]. Área alagada para Agricultura (Equação 27) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]; Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha-1]. Pastagem para Campo (Equação 28) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Pec: Estoque médio de carbono em pastagem [tc.ha-1]; Reb(G):Incremento médio anual de carbono em campo secundário [tc.(ha.ano)- 1]; T: intervalo do período inventariado [ano]. Pastagem para Floresta (Equação 29) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Pec: estoque médio de carbono em pastagem [tc.ha-1]; Rebf: incremento médio anual de carbono em floresta secundária [tc.(ha.ano)-1]; T: Intervalo do período inventariado [ano]. Pastagem para Área urbana (Equação 30) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Pec: estoque médio de carbono em pastagem [tc.ha-1]; S: estoque médio de carbono em áreas urbanas [tc.ha-1]. 42 Quadro 4 - Equações para as transições ocorridas para as categorias de uso da terra (Continuação) TRANSIÇÕES EQUAÇÕES Pastagem para Agricultura (Equação 31) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Pec: estoque médio de carbono de pastagem [tc.ha-1]; Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha-1]. Pastagem para Área alagada (Equação 32) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Pec: estoque médio de carbono em pastagem [tc.ha-1]; Incr(Ref): O: estoque médio de carbono em outro uso [tc.ha-1]. Reflorestamento para Campo (Equação 33) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Av(Ref): estoque médio de carbono em área de reflorestamento [tc.ha-1]; Reb (G): incremento médio anual de carbono em campo secundário [tc (ha.ano)-1]; T: intervalo do período inventariado [ano]. Reflorestamento para Floresta (Equação 34) Ei: emissão média de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: Área do polígono i [ha]; Av(Ref): estoque médio de carbono em reflorestamento [tc.ha-1]; Rebf: incremento médio anual de carbono em floresta secundária [tc.(ha.ano)-1]; T Intervalo do período inventariado [ano]. Reflorestamento para Área urbana (Equação 35) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Av(Ref): estoque médio de carbono em reflorestamento. Reflorestamento para Agricultura (Equação 36) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T [tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Av(Ref): estoque médio de carbono em reflorestamento [tc.ha- 1]; Av(Agr): estoque médio de carbono em área agrícola [tc.ha-1]. Reflorestamento para Pastagem (Equação 37) Ei: emissão de carbono associada ao polígono i no período T[tc]; Ai: área do polígono i [ha]; Av(Ref): estoque médio de carbono em reflorestamento [tc.ha- 1]; Pec: estoque médio de carbono em pastagem [tc.ha-1]. Fonte: Adaptado da CETESB (2012). Na Tabela 3 encontram-se os valores do estoque médio e incremento médio de carbono adotados nas equações das transições entre as categorias identificadas para a Bacia Hidrográfica do Rio Una. 43 Tabela 3 - Valores do estoque médio e incremento médio de carbono utilizados nas equações das estimativas de emissões líquidas de CO2 Fonte: Adaptado da CETESB (2012) e MCTI (2015). 3.3.7.2 Cálculos das estimativas de emissões e remoções de CO2 relativo à mudança de estoque do carbono no solo Os cálculos das estimativas de carbono no solo foram realizados por meio da Equação 38, que considera a remoção ou emissão de carbono no solo em função da mudança do uso da terra. O IPCC (2003) considera necessário um período de 20 anos para que haja alteração do estoque de carbono no solo. ESi=Ai*Csolo*(fc(to)-fc(tf))*((T/2)/20) (Equação 38) Onde: ESi: emissão líquida do polígono i no período T devida a mudança de carbono do solo(tc); Ai: área do polígono i (ha); Csolo: Conteúdo de carbono do solo resultante da associação solo- vegetação do polígono [tc.ha-1]; fc(to): Fator de alteração de carbono do solo no instante inicial (adimensional); fc(tf): Fator de alteração de carbono do solo no instante final (adimensional); T: intervalo de tempo (ano). A) Para definir o fator de alteração de carbono no solo (fc), utilizou-se a seguinte equação: Categorias Conteúdo de Carbono Referência Estoque médio (tc.ha-1) Incremento médio (tc.ha- 1.ano-1) Campo 6,55 0,52 MCTI (2015) Floresta Ombrófila densa montana 122,92 0,32 MCTI (2015) Estacional decidual 104,95 0,32 MCTI (2015) Estacional semidecidual 140,09 0,32 Área urbana 0 - CETESB (2012) e MCTI (2015) Agricultura 7,90 6,00 CETESB (2012) Área alagada 0 - CETESB (2012) e MCTI (2015) Pastagem 8,05 - CETESB (2012) Reflorestamento 55,4 13,70 CETESB (2012) 44 (Equação 39) Onde: fc(t): Fator de mudança de carbono no solo em um determinado instante (adimensional); fLU: Fator de mudança de carbono pelo uso da terra (adimensional); fMG: Fator de alteração de carbono em função da prática de manejo (adimensional); fI: Fator de alteração de carbono pelo uso de fertilizantes (adimensional). Os valores das variáveis do fator de alteração de carbono no solo devido a mudança de uso da terra foram utilizados com base nos dados fornecidos pela CETESB (2012) (Tabela 4). Tabela 4 - Fator de mudança de carbono do solo em função da mudança de uso da terra Fonte: Adaptado da CETESB (2012). Legenda: (C) Campo, (F) Floresta, (Au) Área urbana, (A) Agricultura, (Aa) Área alagada, (P) Pastagem e (R) Reflorestamento. 3.3.8 Elaboração das matrizes de emissões líquidas de CO2 Para a obtenção das matrizes de emissões líquidas foi realizado o somatório das emissões ou remoções referentes a mudança do uso da terra com o somatório do estoque de carbono no solo, em tonelada de carbono (tc). Portanto, o valor da emissão líquida positivo refere-se a emissão de CO2, caso contrário, ocorreu a remoção de CO2 da atmosfera. Inicialmente os valores de toneladas de carbono foram convertidos para Gigagrama de carbono (Gg) e posteriormente por meio da Equação 40 transformados em Gigagrama de CO2 (GgCO2) finalizando com a elaboração da matriz de emissões líquidas (ELETROBRAS, 2009; AGUIAR et al., 2016) (Tabela 5). ECO2 = Ec x 44/12 (Equação 40) Uso da terra fLu fMG fI fc C 1 - - 1 F 1 - - 1 Au 0 - - 0 A 0,58 1,16 0,91 0,612 Aa 0 - - 0 P 1 0,97 1 0,97 R 0,58 1,16 1 0,673 45 Onde: ECO2 = emissão de CO2 (GgCO2); Ec = emissão de carbono (GgC); 44/12 = razão entre os pesos moleculares do CO2 e do Carbono. Tabela 5 - Exemplo da matriz de estimativas de emissões líquidas em cada período estudado, para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP Fonte: Modelo da matriz adaptado da CETESB (2012). Legenda: (C) Campo, (F) Floresta, (Au) Área urbana, (A) Agricultura, (Aa) Área alagada, (P) Pastagem e (R) Reflorestamento. 3.4 Fluxograma das estimativas de emissões líquidas As estimativas de emissões líquidas de CO2 em razão das mudanças de uso da terra foram obtidas com base na análise dos mapas de uso do solo e cobertura vegetal, mapa da vegetação pretérita e grupos de solos definidos por Bernoux et al. (2002). O esquema metodológico completo para alcance e análise dos resultados é mostrado na Figura 5. GgCO2 Uso da terra (Ano posterior) U so d a t er ra ( A n o a n te r io r) C F Au A Aa P R Emissão/ Remoção C F Au A Aa P R Total 46 Figura 5 - Fluxograma das etapas para o cálculo das estimativas de emissões líquidas de CO2 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Autoria própria. 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1 Mapa base da área de estudo O Mapa Base da Bacia Hidrográfica do Rio Una referente às informações planialtimétricas é mostrado na Figura 6 a seguir. 47 Figura 6 - Mapa base da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Autoria própria. A bacia corresponde a um total de aproximadamente 96,42 km², a malha viária foi quantificada em 413,65 km, sendo 110,47 km de estrada principal, 283,87 km de estrada de 48 terra e 19,31 km de estrada pavimentada. A hidrografia 277,31 km e as curvas de nível variam de 850 a 1175 m. 4.2 Mapa de uso do solo e cobertura vegetal No Quadro 5 apresenta-se as classes identificadas, que foram agrupadas ou simplificadas conforme as categorias de uso da terra adotadas neste estudo. Quadro 5 - Categorias de uso da terra adotadas neste estudo Classes Categorias adotadas Matas Floresta (F) Agricultura de longo período Reflorestamento (R) Campo sujos e campos degradados Campo (C) Agricultura de curto período Agricultura (A) Edificações urbanas, Edificações rurais, ETE, Aterro sanitário e solo exposto Área urbana (Au) Rios, lagos, lagoas, reservatórios e áreas sujeitas a inundação Área alagada (Aa) Pastagem Pastagem (P) Fonte: Adaptado do IPCC (2003) e IBGE (2013) Os mapas de uso do solo e cobertura vegetal da área de estudo são apresentados nas Figura 7 (ano de 2007), Figura 8 (ano de 2010), Figura 9 (ano de 2013) e Figura 10 (ano de 2016), respectivamente. 49 Figura 7 - Mapa de uso do solo e cobertura vegetal do ano de 2007 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Autoria própria. 50 Figura 8 - Mapa de uso do solo e cobertura vegetal do ano de 2010 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Autoria própria. 51 Figura 9 - Mapa de uso do solo e cobertura vegetal do ano de 2013 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Autoria própria. 52 Figura 10 - Mapa de uso do solo e cobertura vegetal do ano de 2016 da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. . Fonte: Autoria própria. 53 A agricultura refere-se a agricultura de curto período, que é a principal atividade econômica da bacia, responsável pelo sustento da população local (Figura 11). Figura 11 - Agricultura da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Acervo pessoal. A área urbana da bacia é representada pelas edificações urbanas e rurais, solo exposto e E.T.E. A Figura 12 mostra edificação urbana e rural, respectivamente. Figura 12 - Área urbana da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Acervo pessoal. O reflorestamento, que representa a agricultura de longo período é também uma importante atividade econômica para o local, porém seu crescimento, tal como da agricultura, também é acompanhado da supressão da vegetação (Figura 13). 54 Figura 13 - Reflorestamento da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Acervo pessoal. A pastagem é destinada principalmente a criação de gado, apesar de não ser uma categoria que contribui tanto com a degradação da bacia, ocupa espaços que antes era de vegetação nativa (Figura 14) Figura 14 - Pastagem da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Acervo pessoal. A categoria campo representada por campos sujos e campos degradados encontra-se em locais marcados por vegetação mais rala (Figura 15). 55 Figura 15 - Categoria campo da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Acervo pessoal. A área alagada é representada pelos rios, lagos, lagoas, reservatórios e áreas sujeitas à inundação. Na Figura 16 mostram-se um trecho do rio Una e lago, simultaneamente. Figura 16 - Categoria área alagada da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Acervo pessoal. A categoria floresta encontra-se presente em toda a bacia, porém sua maior concentração é na porção sul, onde estão os fragmentos florestais mais bem conservados (Figura 17). 56 Figura 17 - Categoria floresta da Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Acervo pessoal. De forma geral comparando-se os mapas de uso do solo e cobertura vegetal (Figura 7, 8, 9 e 10), percebeu-se que a porção sul da bacia apresenta a maior presença de floresta, isto pode ser explicado pelo fato desse local ser o mais alto, consequentemente menos acessível, o que dificulta a prática agrícola e a urbanização. Segundo Weckmuller et al. (2010), a predominância da agricultura e da urbanização são dificultadas pelo relevo, o que favorece a presença desses usos em áreas mais planas. Prado et al. (2012) enfatizam que a topografia pode ajudar ou dificultar a prática de determinadas atividades agrícolas, ou seja, quando a mesma não favorece ocorre maior predomínio da vegetação e vice-versa. Diante de tal situação pode-se afirmar que as maiores altitudes diminuem a possibilidade de mudança de uso da terra e consequentemente a quantidade de GEE que podem ser emitidos para atmosfera. A Tabela 6 e Figura 18 mostram os valores encontrados para as categorias de uso da terra para todos os anos estudados. 57 Tabela 6 - Quantificação das categorias de uso da terra para cada ano analisado para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Categorias 2007 2010 2013 2016 Área (ha) Área (%) Área (ha) Área (%) Área (ha) Área (%) Área (ha) Área (%) Campo 741,28 7,69 673,27 6,98 592,11 6,14 598,67 6,21 Floresta 4.242,5 44,00 4.122,5 42,75 3.938,08 40,84 3.828,19 39,70 Área urbana 1.107,87 11,49 1.160,03 12,03 1.356,45 14,07 1.400,14 14,52 Agricultura 3.186,71 33,05 3.315,74 34,38 3.389,67 35,15 3.433,44 35,61 Área alagada 82,28 0,85 81,77 0,85 81,36 0,84 80,84 0,84 Pastagem 91,7 0,95 92,2 0,96 93,35 0,97 97,75 1,01 Reflorestamento 190,43 1,97 197,26 2,05 191,75 1,99 203,74 2,11 Total 9.642,77 100,00 9.642,77 100,00 9.642,77 100,00 9.642,77 100,00 Fonte: Autoria própria. Figura 18 - Comportamento das categorias de uso da terra para cada ano analisado para a Bacia Hidrográfica do Rio Una, Ibiúna, SP. Fonte: Autoria própria. 58 Pode-se verificar na T