Métodos analíticos em Ecologia de Paisagem


As grandes mudanças nos estudos sobre fragmentação e conservação de espécies e ecossistemas geradas pela ecologia de paisagens permitiu, segundo Metzger (2001) uma integração da heterogeneidade espacial e do conceito de escala nas análises ecológicas, aumentando assim, a aplicabilidade destes estudos na resolução de problemas ambientais. O ponto central da análise em ecologia de paisagens é o reconhecimento da existência de uma dependência espacial entre as unidades de paisagem: o funcionamento de uma unidade depende das interações que ela mantém com as unidades vizinhas (Metzger 2001), sendo, portanto, uma fusão entre análise espacial da geografia e o estudo funcional da ecologia. Desta forma, os métodos quantitativos em Ecologia de Paisagem associam padrões espaciais e processos ecológicos em grandes escalas espaciais e temporais.

Nas últimas décadas houve grande busca por novos métodos quantitativos que possam analisar padrões, determinar a importância de processos espaciais explícitos, e desenvolver modelos confiáveis (Turner & Gardner 1991). Segundo Li e Wu (2004) uma das formas de quantificar os atributos espaciais de uma paisagem são as métricas (ou índices). Exemplos de índices: de vegetação; de composição, de disposição (diversidade espacial), de fragmentação, isolamento, conectividade, e de forma dos fragmentos.

Apesar da importância das métricas no estudo da paisagem, esta também requer ferramentas adicionais como base de dados, estatística espacial, Sistema de Informação Geográfica, Técnicas de Sensoriamento Remoto e GPS (Global Positioning Systems) (Farina 2006). Dentre os softwares para cálculo das métricas, um dos mais utilizados é o Fragstats (McGarigal & Marks, 1995, ver fig. 1), assim como a ferramenta Patch Analyst (Elkie et al. 1999, ver fig. 2) no software ArcGIS 9 (ESRI, http://www.esri.com/software/arcgis/index.html). O software Fragstats está disponível gratuitamente na internet (ftp://ftp.fsl.orst.edu/pub/fragstats.2.0/), e é mais utilizado para quantificar o grau de fragmentação de uma paisagem; já o Patch Analyst é pago e tem um número muito menor de métricas disponíveis. Os resultados quantitativos produzidos pelas métricas de paisagem têm grande aplicação em comparações entre paisagens, avaliações de mudanças temporais, entre outros. O Fragstats calcula índices espaciais estatísticos (Fig. 3) através de análises de Sistema de Informação Geográfica, descrevendo assim o nível de uniformidade ou fragmentação de uma paisagem específica que irá influenciar a biodiversidade e habitats locais (Volotão 1998). Também visto como um conjunto de ferramentas auxiliares da análise espacial da paisagem, as métricas do Fragstats são divididas em 3 níveis: fragmentos, classes e paisagem; e 8 categorias: área, fragmentos, bordas, forma, área central (core), de contágio e mistura, de vizinho mais próximo e de diversidade (Rempel 2009).

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Figura 1: Visão do Software Fragstats (esquerda), e a escolha dos parâmetros (direita).

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Figura 2: Visão da Ferramenta Patch Analyst e suas principais funções (esquerda), e a escolha das métricas (direita).

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Figura 3: Índices (métricas) de Paisagem, calculados pelo Programa Fragstats. (Fonte: Farina, 2006 / McGarigal & Marks, 1995).


Nas análises da fragmentação, é necessário ter algumas precauções, pois segundo Volotão (1998) os resultados obtidos por esses softwares dependem do número de classes de vegetação existentes /definidas e do tamanho do pixel mínimo, sendo que a maior parte dos valores obtidos é mais adequado para um uso comparativo entre áreas. E, além disso, segundo Farina (2000), a aplicação do uso das métricas é limitada pelo tipo de dados utilizados (Raster ou Vetor).

Índices de Paisagem Ecologicamente Escalonados (ESLI)


Métodos analíticos para o planejamento conservacionista de paisagens fragmentadas requerem ferramentas ecológicas integradas, mas as espécies diferem muito na escala de sua resposta a alterações da paisagem. Assim uma solução proposta por Vos et al. (2001) é o uso de índices de paisagem ecologicamente escalonados (ESLI) em alternativa aos índices de paisagem em geral. Esse trabalho ressalta que qualquer índice que desconsidere a variação dependente da escala não tem significado ecológico. Este foi o primeiro estudo sobre ESLIs, e, portanto os modelos ainda retinham alguns problemas, como a não incorporação da resistência da matriz, que interfere no tipo de locomoção na dispersão. Estudos mais recentes ainda procuram solucionar a questão de como a porosidade da matriz interfere na dispersão das espécies. Em 2005, surge uma proposta de novos modelos que utilizam ferramentas de modelagem para compreender fatores que determinam a acessibilidade e o efeito da competição entre as manchas; e ainda, permitem calcular taxas de imigração em modelos de meta-população (Heinz et al. 2005). Estas fórmulas para acessibilidade da mancha e taxa de imigração podem ser interpretadas como índices da paisagem. E estes índices que são frequentemente neutros e não considerados na percepção espécie-específica da paisagem em outros estudos; neste estudo são mensurados em escala ecológica, permitindo uma avaliação da paisagem pelos olhos das espécies.

Análises Estatísticas em Ecologia de Paisagem


Análises multivariadas são as mais utilizadas para analisar os padrões de vegetação e de fragmentação no nível de paisagem. Estudos têm empregado técnicas de estatística, como análise de cluster, análise de correspondência canônica (CCA), ou análise de correspondência discreta (DCA), para classificar a vegetação. Análise de gradiente é outro modo de determinar a estrutura da vegetação ao longo de uma paisagem. Outra estatística utilizada em ecologia de paisagem é análise de componentes principais (PCA), e também, o coeficiente de autocorrelação espacial I de Moran (1950). Também são usados testes de significância, testes de hipóteses e regressões para verificar correlação entre as variáveis. Ressalta-se que as análises estatísticas quantitativas finais são realizadas em Excel ou em softwares de estatística, após os cálculos das métricas em softwares como o Fragstats.

Modelagem de espécies e a Ecologia de Paisagem


Modelos espacialmente explícitos de população (SEPMs) combinam um simulador de população com um mapa de paisagem que descreve a distribuição espacial das características da paisagem, e são ferramentas importantes para verificar a resposta dos organismos à mudança no habitat, que ocorre em uma variedade de escalas espaciais e temporais (Dunning et al. 1995). Ainda segundo os autores, esta análise aumenta a capacidade de modelar com precisão paisagens complexas, e melhoram o conhecimento básico dos fenômenos ecológicos da paisagem e aplicações da ecologia da paisagem para a gestão e conservação.
Segundo Pereira e Siqueira (2002), a modelagem é uma ferramenta fundamental para inferência da distribuição de espécies selvagens. Usa de associações não-aleatórias entre pontos e coberturas para construir o modelo do nicho ecológico da espécie; e projeta o modelo de volta nos mapas para prever a distribuição da espécie. Os dados espaciais usados nestas análises são basicamente Clima (temperatura, precipitação), Relevo, Hidrografia e Cobertura Vegetal. Os algoritmos mais utilizados são: BioClim (Bioclimatic Envelope), GARP (Genetic Algorithm for Rule-set Production), Regressão Logística e Análise Multivariada.

Diagnóstico das técnicas de análise mais usadas no Brasil até 2007


Dentro deste cenário em Ecologia de Paisagens, Pivello e Metzger expuseram um diagnóstico das técnicas de análise mais usadas no Brasil até 2007: 1) qualitativas: sem quantificação de parâmetro, sem o uso de métricas da paisagem e sem análise estatística; 2) com o uso de métricas da paisagem e sem análise estatística; 3) com o uso de análise estatística e sem aplicação de métricas; 4) Com o uso de métricas e de análise estatística; e 5) com outro tipo de quantificação (ex.: medições e comparações de áreas, quantificações percentuais, hierarquização, índices, etc.), excluindo-se métricas e estatística. A maioria dos trabalhos entre 2000 e 2004 utilizava análises essencialmente descritivas e pouco quantitativas, o que levava a uma pequena participação de autores brasileiros em publicações internacionais. Assim, ressalta-se que análises em Ecologia de Paisagem não devem apenas descrever padrões e dinâmicas espaciais, mas também compreender os seus efeitos ecológicos através de desenhos experimentais bem delineados para responder hipóteses científicas, de forma quantitativa.

Referências


  • Dunning JBJ, Stewart DJ, Danielson BJ, Noon BR, Root TL, Lamberson RH. & Stevens EE. 1995. Spatially explicit population models: current forms and future uses. Ecological Applications 5(1): 3-11.
  • Elkie P, Rempel R & Carr A. 1999. Patch Analyst User’s Manual. Ont. Min. Natur. Resour. Northwest Sci. & Technol. Thunder Bay, Ont. TM–002. 16 pp + Append.
  • Farina A. 2000. Landscape Ecology in Action, Dordrecht, Kluwer Academic Publishers, 317 p.
  • Farina A, 2006. Principles and Methods in Landscape Ecology: Towards a Science of the Landscape , Springer, Dordrecht, 412 p.
  • Heinz SK, Conradt L, Wissel C, Frank K. 2005. Dispersal behaviour in fragmented landscapes: Deriving a practical formula for patch accessibility. Landscape Ecology (2005) 20: 83–99.
  • Li H & Wu J. 2004. Use and misuse of landscape índices. Landscape Ecology. V.19 n. p.389-399.
  • Lyon J & Sagers CL. 1998. Structure of herbaceous plant assemblages in a forested riparian landscape. Plant Ecology 138:1-16.
  • McGarigal K. & Marks BJ. 1995. FRAGSTATS: spatial pattern analysis program for quantifying landscape structure. Gen. Tech. Rep. PNW-GTR-351. Portland, OR: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Pacific Northwest Research Station. 122 pp.
  • Metzger JP. 2001. O que é ecologia de paisagens? Biota Neotrop. 1(1/2): http://www.biotaneotropica.org.br/v1n12/pt/fullpaper?bn00701122001+pt (ultimo acesso em 04/11/2010).
  • Moran PAP. 1950. "Notes on Continuous Stochastic Phenomena," Biometrika, 37, 17–33.
  • Pereira RS & Siqueira MF. 2002. Modelagem de Distribuição Geográfica de Espécies. Centro de Referência em Informação Ambiental – CRIA http://www.cria.org.br/eventos/mfmpe/19_20jun2002_docs/OutroCursoModelagemBiota.ppt.
  • Pivello VR & Metzger JP. 2007. Diagnóstico da pesquisa em Ecologia de Paisagens no Brasil (2000-2005). Biota Neotropica, 7 (3): 21-19.
  • Rempel C. 2009. Ecologia da Paisagem e suas Ferramentas podem aprimorar o Zoneamento Ambiental? O caso da região política do Vale do Taquari. Tese de Doutorado em Ecologia. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, UFRGS, Brasil. 146 p.
  • Turner MG & Gardner RH (eds.). 1991. Quantitative Methods in Landscape Ecology. Springer-Verlag, New York, NY, USA.
  • Vos CC, Verboom J, Opdam PFM, Ter Braak CJF. 2001. Toward Ecologically Scaled Landscape Indices. The American Naturalist, Vol. 157, No. 1: 24-41.

Texto elaborado por: Ana Carolina Abreu