Nova metodologia de inteligência geoespacial torna mais precisa e rápida a gestão do uso da terra

Os pesquisadores aplicaram a nova metodologia em Mato Grosso usando dados da safra estratégica de 2016/2017 (imagem: Michel Eustáquio Dantas Chaves) 

Luciana Constantino | Agência FAPESP – Pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em Tupã, desenvolveram e testaram uma nova metodologia de inteligência geoespacial que pode contribuir de forma mais rápida e precisa com projetos de gestão do uso da terra e de planejamento territorial. Com a ferramenta, foi possível delimitar com precisão áreas de floresta amazônica, vegetação de Cerrado, pastagens e culturas agrícolas em sistema de cultivo duplo, algo que pode fornecer subsídios para políticas públicas voltadas à produção agrícola e conservação ambiental.

Combinando arquitetura de cubos de dados (prontos para análise), disseminada no país por meio do projeto Brazil Data Cube, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), e a abordagem Geobia (sigla em inglês para Geographic Object-Based Image Analysis), os cientistas conseguiram identificar a vegetação e as práticas de cultivo duplo – soja e milho, por exemplo – ao longo de uma safra no Estado de Mato Grosso. Foram usadas séries temporais de imagens de satélite do sensor Modis (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), da Nasa, a agência espacial norte-americana.

Os resultados indicaram que a combinação proposta, aliada a algoritmos de aprendizado de máquinas (inteligência artificial), alcançou 95% de acerto no mapeamento.

A Geobia é uma técnica que permite o processamento de imagens de satélite a partir de segmentações que agrupam pixels semelhantes em geo-objetos e estuda suas características, como forma e textura, além da reflectância. Isso permite, em muitos casos, uma interpretação mais próxima da realidade. Os cubos de dados, por sua vez, armazenam informações em dimensões – tempo e localização –, facilitando a agregação e visualização de informações referentes a determinado local em um período específico, como áreas de cultivo em um ano-safra.

Atualmente, os mapeamentos utilizam análises de imagens por pixel isoladamente, o que acaba gerando problemas de bordas, com indefinição em algumas áreas. “Os trabalhos científicos têm colocado a confusão espectral em zonas de borda entre usos da terra distintos como um ponto a ser melhorado. Assim, resolvemos segmentar as imagens e avaliar o objeto geográfico como unidade mínima de análise, e não o pixel. É como se a imagem fosse quebrada e classificada de acordo com cada peça. Com isso, foi possível reduzir erros recorrentes de borda e identificar os alvos de forma aderente, mesmo usando resolução espacial moderada”, diz à Agência FAPESP o professor da Faculdade de Ciências e Engenharia da Unesp Michel Eustáquio Dantas Chaves, autor correspondente do artigo.

Chaves vem usando a arquitetura de cubos de dados há alguns anos para desenvolver ferramentas que contribuem em análises com enfoque no avanço da fronteira agrícola, especialmente no Cerrado (leia mais em: agencia.fapesp.br/50142).

Segundo o professor, a metodologia pode ser replicada para avaliar imagens oriundas de outros satélites de observação da Terra, como Landsat e Sentinel, que fornecem dados para estudos científicos, mapeamento e monitoramento. Imagens de ambos estão sendo trabalhadas agora pela equipe coordenada pelo professor.

O artigo descrevendo a metodologia foi publicado na edição especial Research Progress and Challenges of Agricultural Information Technology, da revista científica AgriEngineering. O estudo teve apoio da FAPESP por meio de três projetos (21/07382-2, 23/09903-5 e 24/08083-7).

Aplicação na prática

O Mato Grosso lidera a produção nacional de grãos, com 31,4% do total do país, seguido do Paraná (12,8%) e Rio Grande do Sul (11,8%). A estimativa é que o Estado atinja 97,3 milhões de toneladas na safra 2024/2025 – um aumento de 4,4% em relação à anterior, segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab). Praticamente metade dessa produção (46,1 milhões de toneladas) deve ser de soja.

Além disso, o Mato Grosso é um dos Estados com maior biodiversidade – abriga parte de três dos seis biomas brasileiros. Cerca de 53% de seu território está na Amazônia, 40% no Cerrado e 7% no Pantanal.

Devido a essa heterogeneidade dos usos do solo e tipos de vegetação em seu território, os pesquisadores aplicaram a nova metodologia em Mato Grosso usando dados da safra estratégica de 2016/2017, na qual o Brasil produziu 115 milhões de toneladas de soja, sendo 30,7 milhões de toneladas no Estado. As classificações de uso do solo foram associadas às terras agrícolas (pousio-algodão, soja-algodão, soja-milho, soja-pousio, soja-milheto e soja-girassol), além de culturas de cana-de-açúcar, áreas urbanas e corpos d’água.

Os resultados indicaram precisão geral de 95%, mostrando o potencial da abordagem para fornecer mapeamentos que otimizam a delimitação de florestas e terras agrícolas. “Como a abordagem consegue identificar os alvos de forma aderente, a metodologia pode ser aplicada em estimativa de área ainda dentro de uma mesmo safra, favorecendo estimativas de produtividade; em ações de planejamento territorial e tudo o que trate do uso e da cobertura da terra para tomada de decisão”, detalha Chaves sobre a aplicação da ferramenta.

O professor explica que a metodologia também permite analisar perturbações em florestas e outros tipos de vegetação natural. “É mais rápido identificar se há desmatamento do que degradação. Esse método permitiu detectar essas variações de forma mais rápida.”

No artigo, os cientistas fazem uma homenagem à professora Ieda Del’Arco Sanches, pesquisadora de sensoriamento remoto no Inpe, que faleceu em janeiro. “Esse artigo é uma forma de agradecê-la pelos ensinamentos e seguir seu legado. Ieda sempre trabalhou para avaliar a superfície terrestre com precisão e tratar os dados de forma ética e responsável, mostrando como eles podem contribuir para a construção de políticas públicas", completa Chaves.

O artigo Mixing Data Cube Architecture and Geo-Object-Oriented Time Series Segmentation for Mapping Heterogeneous Landscapes pode ser lido em: www.mdpi.com/2624-7402/7/1/19.

Solo mais ácido diminui capim invasor e ajuda a restaurar vegetação nativa do Cerrado, aponta estudo

 

André Julião | Agência FAPESP – Em estudo publicado na revista Restoration Ecology, um grupo liderado por pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) aponta um caminho promissor para a restauração do Cerrado.

Aplicação de sulfato ferroso em área em restauração na Chapada dos Veadeiros (foto: Demétrius Lira Martins)

Por meio de um experimento realizado no Parque Nacional da Chapada dos Veadeiros, em Goiás, os autores demonstraram como, diferentemente do que fazem algumas iniciativas de restauração convencionais, não se deve adicionar nutrientes ao solo quando se trata do Cerrado, pelo contrário.

Em uma área em restauração dentro do parque, os pesquisadores analisaram o crescimento de gramíneas invasoras e de espécies nativas depois da aplicação de sulfato ferroso, que torna o solo mais ácido e diminui a disponibilidade de nutrientes. Nos locais em que o mineral foi aplicado, reduziu-se em quase 71% a ocorrência de invasoras, sem que houvesse prejuízo para as nativas.

“As plantas do Cerrado têm uma baixa demanda nutricional, são de crescimento lento. Enquanto as gramíneas invasoras crescem rápido e demandam muitos nutrientes. O sulfato ferroso devolve ao solo a condição mais próxima da original, favorecendo as nativas e dificultando o crescimento das invasoras”, explica Demétrius Lira Martins, que conduziu o trabalho durante seu pós-doutorado no Instituto de Biologia (IB) da Unicamp, com apoio da FAPESP.

A área de 50 hectares passou a ser restaurada em 2016, após cerca de 30 anos como pastagem. Quatro anos depois de retirado o capim exótico, feita a preparação do solo e a semeadura de espécies nativas, o local foi novamente tomado pelas gramíneas africanas.

Em 2021, a restauração foi retomada. Desta vez, foi estabelecido o experimento para verificar o efeito da acidificação do solo na contenção do capim exótico. Os pesquisadores demarcaram 14 blocos de 100 metros quadrados (m²). Em cada um deles, separaram quatro blocos menores, de 1 m² cada, separados em 10 metros de distância entre si.

Em metade desses blocos, foi aplicado sulfato ferroso no solo antes da semeadura de gramíneas e arbustos nativos. Após quatro meses da última aplicação, foram coletadas e pesadas amostras das plantas que cresceram em cada quadrado, tanto nativas quanto exóticas.

Ao comparar os blocos, observou-se uma redução de 70,7% na biomassa das espécies invasoras onde foi realizada a acidificação, sem que houvesse prejuízo às espécies nativas. 

“A acidificação aumentou os níveis de alumínio no solo, que é tóxico para plantas convencionais. Mas as espécies nativas lidam muito bem com isso. Não é à toa que a primeira coisa que se faz após desmatar uma área de Cerrado para lavoura ou pastagem é fazer a calagem [aplicação de calcário], que diminui a disponibilidade de alumínio e aumenta de outros nutrientes”, conta Martins.

No alto, bloco experimental em início de implementação e que teve o solo acidificado ficou livre de capim invasor, com nativas retornando lentamente.
Na outra foto, local que não recebeu o sulfato ferroso tomado pelas espécies africanas (fotos: Demétrius Lira Martins)

Estratégias

O estudo integra o projeto “Restaurando ecossistemas neotropicais secos: seria a composição funcional das plantas a chave para o sucesso?”, apoiado pela FAPESP e coordenado por Rafael Silva Oliveira, professor do IB-Unicamp.

A estratégia apresentada agora se soma a outras desenvolvidas pelo grupo. Em trabalho anterior, também apoiado pela FAPESP, os pesquisadores mostraram como uma maior diversidade de espécies nativas funciona como forma de conter gramíneas invasoras (leia mais em: agencia.fapesp.br/50773).

No caso da acidificação, os pesquisadores ressalvam que o sulfato ferroso é apenas um dos compostos que podem realizar essa função. Experimentos no hemisfério Norte, por exemplo, usaram enxofre para o mesmo fim. Mas para realizar algo em grande escala no futuro é preciso antes avaliar o melhor custo-benefício.

“Em tese, qualquer substrato ácido pode servir. Uma das opções poderia ser o resíduo do processamento da cana-de-açúcar, que é abundante e barato. Por sua vez, a cama de frango descartada [serragem ou outro material usado no chão de granjas] é bastante ácida, mas contém muito nitrogênio, que favorece as invasoras. É preciso avaliar os possíveis impactos de cada opção e a viabilidade financeira”, pontua o pesquisador.

Ainda segundo Martins, outro fator a ser levado em conta em futuros trabalhos de restauração é a comunidade microbiana do solo, algo ainda pouco conhecido quando se trata do Cerrado.

“Os microrganismos do solo são a base da ciclagem de nutrientes. Por isso, formas de trazer de volta os originais do Cerrado são fundamentais para restaurar esse bioma tão ameaçado”, encerra.

O artigo Soil acidification controls invasive plant species in the restoration of degraded Cerrado grasslands pode ser lido em: onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/rec.14294.
 

Sucesso!