Tarcísio Ferreira Martins
No dia 9 de abril de 2025, ocorreu a defesa da dissertação de Mestrado do aluno do Programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Pesquisas Ambientais (IPA – SP), Tarcisio Ferreira Martins, intitulada “Relação Entre a Resposta Espectral da Vegetação e os Poluentes Atmosféricos em Unidades de Conservação na Região Metropolitana de São Paulo”. A banca foi realizada de forma online e presidida pela orientadora, Profa. Dra. Silvia Ribeiro de Souza, contando ainda com a participação das avaliadoras Dra. Bruna Lüdtke Paim e Dra. Adalgiza Fornaro.
O estudo teve como objetivo investigar como a poluição por ozônio (O₃) afeta a saúde de fragmentos de Mata Atlântica na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). Para isso, foi utilizado sensoriamento remoto multiespectral realizado com veículo aéreo não tripulado (drone), coletando imagens ao longo de um ano sobre parcelas permanentes em três fragmentos florestais. A partir dessas imagens, foram gerados índices de vegetação, métricas que refletem o estado de saúde da vegetação na área estudada.
A avaliação da poluição por O₃ foi feita com base em dados das estações de monitoramento da CETESB, processados em modelagem geoespacial para estimar as concentrações acumuladas do poluente na área de estudo, utilizando o índice AOT40. Em seguida, os dados de índices de vegetação e AOT40 foram submetidos a análises estatísticas para identificar os impactos do O₃ sobre a vegetação nativa em diferentes estações do ano.
Três índices de vegetação se destacaram na capacidade de capturar a relação com o ozônio: Green Leaf Index (GLI), Triangular Chlorophyll Index (TCI) e Plant Senescence Reflectance Index (PSRI). No verão, houve uma relação negativa significativa entre AOT40 e os índices GLI e TCI, indicando que o O₃ pode comprometer a capacidade fotossintética da vegetação. Já no outono e inverno, observou-se relação positiva, sugerindo que outros fatores ambientais podem influenciar a resposta da vegetação ao aumento do poluente na estação seca. O PSRI, indicador de senescência foliar, registrou efeito positivo do O₃ sobre a senescência no verão.
A pesquisa também analisou a influência do O₃ em diferentes níveis de biomassa, mostrando que os efeitos foram mais pronunciados em parcelas de biomassa média e alta, indicando relação entre exposição ao poluente e características estruturais da comunidade arbórea, como altura das árvores.
Os resultados apontam que o monitoramento da sensibilidade da vegetação ao O₃ deve priorizar o verão, período em que os impactos são mais evidentes. Além disso, reforçam a necessidade de estudos complementares que considerem a complexidade estrutural e ecológica da Mata Atlântica, bem como variáveis abióticas, como radiação solar e composição do solo, que podem influenciar a resposta espectral da vegetação.
Relação Entre a Resposta Espectral da Vegetação e os Poluentes Atmosféricos em Unidades de Conservação na Região Metropolitana de São Paulo
RESUMO
O sensoriamento remoto multiespectral é uma alternativa para a coleta de informações sobre perturbações na saúde de florestas tropicais ao captar dados de reflectância foliar das árvores, ligada à concentração de moléculas envolvidas na fase fotoquímica da fotossíntese. Os dados de reflectância são incorporados em razões matemáticas para gerarem índices de vegetação, utilizados em estudos de monitoramento ambiental. Na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), a vegetação pertencente ao bioma Mata Atlântica restringe-se à fragmentos florestais. Atualmente essas áreas estão expostas à poluentes fitotóxicos, especialmente o ozônio troposférico (O3), que na RMSP, permanece acima dos níveis indicados como seguros à vegetação pela CETESB, desde o início de seu monitoramento. O presente trabalho tem como objetivo avaliar como a poluição por O3 se relaciona com os índices de vegetação obtidos por sensoriamento remoto multispectral. Foram coletadas imagens durante 12 meses, por voos automatizados com o equipamento DJI Phantom 4 Multispectral + GNSS DJI RTK-2, sobre parcelas permanentes em três fragmentos de floresta nativa na RMSP. As imagens foram processadas em ortomosaicos retificados para cinco comprimentos de onda entre 450 nm ± 16 e 840 nm ± 26 nm, dos quais produziram-se índices de vegetação a partir de razões matemáticas. A avaliação da poluição por O3 nas áreas de estudo foi feita utilizando-se dos dados de 17 estações de monitoramento da CETESB, aplicando metodologia Accumulated Ozone exposure over a Threshold of 40 ppb (AOT40) para o semestre, predizendo os valores de ozônio da área de estudo através da técnica de Krigagem. Foi aplicado um modelo linear de efeitos mistos para testar relação entre os índices de vegetação e AOT40, e foram selecionados os índices com maior performance no modelo. Para avaliar a sensibilidade ao O3 de diferentes níveis de biomassa, o modelo foi aplicado para cada classe de biomassa: baixa, média e alta. Os índices Green Leaf Index (GLI), Triangular Chlorophyll Index (TCI) e Plant Senescence Reflectance Index (PSRI), apresentaram melhor performance para avaliar a relação da vegetação com a AOT40. No verão foi encontrada uma relação negativa significativa (p < 0,05) entre AOT40 e GLI e TCI, indicando que nesta estação, o O3 pode comprometer a capacidade fotossintética da vegetação nativa. Para as estações outono e inverno, houve relação positiva entre AOT40 para os dois índices, mostrando que na estação seca o aumento da concentração de O3 relaciona-se com o aumento da saúde da floresta. O PSRI, marcador de senescência foliar, captou um efeito positivo do O3 sobre a senescência, no verão e um efeito negativo durante outono e inverno, mostrando a influência do O3 no aumento da senescência foliar durante o período chuvoso. O GLI respondeu negativamente ao O₃ no verão e primavera, sobretudo em parcelas de alta biomassa, indicando maior absorção em árvores mais altas. A relação entre biomassa e índices de vegetação mostrou que o impacto do AOT40 foi mais evidente em áreas de biomassa média e alta, dos quais o GLI se mostrou um bom preditor. O TCI e o PSRI captaram impactos estruturais ligados à senescência, sendo o PSRI mais sensível em parcelas de baixa biomassa no verão. Já em outono e inverno, o GLI mostrou respostas positivas, sugerindo que há influência de outros fatores ambientais. Os resultados sugerem que a poluição por AOT40 no verão pode ser mais danosa à saúde da vegetação nativa, tornando a estação mais indicada para o monitoramento da sensibilidade ao poluente. Para as outras estações, são necessários estudos que avaliem como as variáveis abióticas como irradiação solar e composição do solo afetam a saúde da vegetação e a formação do O3. A diferença de sensibilidade dos diferentes tipos de biomassa, apontam para a necessidade de estudos que avaliem o efeito do O3 sobre a Mata Atlântica considerando sua complexidade estrutural, ecológica e em como ocorrem diferentes respostas fisiológicas específicas.
Palavras-Chave: Floresta Urbana; Veículo Aéreo Não Tripulado; Índices de Vegetação.
ABSTRACT
Multispectral remote sensing is an alternative for collecting information on disturbances in the health of tropical forests by capturing leaf reflectance data from trees, which is linked to the concentration of molecules involved in the photochemical phase of photosynthesis. Reflectance data are incorporated into mathematical ratios to generate vegetation indices, which are used in environmental monitoring studies. In the Metropolitan Region of São Paulo (RMSP), vegetation belonging to the Atlantic Forest biome is restricted to forest fragments. Currently, these areas are exposed to phytotoxic pollutants, especially tropospheric ozone (O₃), which in the RMSP has remained above the levels indicated as safe for vegetation by CETESB since the beginning of its monitoring. This study aims to evaluate how O₃ pollution relates to vegetation indices obtained through multispectral remote sensing. Images were collected over a 12-month period using automated flights with a DJI Phantom 4 Multispectral + GNSS DJI RTK-2 over permanent plots in three fragments of native forest in the RMSP. The images were processed into rectified orthomosaics for five wavelength bands between 450 nm ± 16 and 840 nm ± 26 nm, from which vegetation indices were produced through mathematical ratios. O₃ pollution in the study areas was assessed using data from 17 CETESB monitoring stations, applying the Accumulated Ozone exposure over a Threshold of 40 ppb (AOT40) methodology for the semester, and predicting ozone values across the study area through kriging interpolation. A linear mixed-effects model was applied to test the relationship between vegetation indices and AOT40, and the indices with the best performance in the model were selected. To assess O₃ sensitivity at different biomass levels, the model was applied to each biomass class: low, medium, and high. The Green Leaf Index (GLI), Triangular Chlorophyll Index (TCI), and Plant Senescence Reflectance Index (PSRI) showed the best performance in evaluating the relationship between vegetation and AOT40. In summer, a significant negative relationship (p < 0.05) was found between AOT40 and GLI and TCI, indicating that during this season O₃ may compromise the photosynthetic capacity of native vegetation. For autumn and winter, a positive relationship was observed between AOT40 and the two indices, showing that in the dry season, increased O₃ concentrations are associated with improved forest health. The PSRI, a marker of leaf senescence, detected a positive effect of O₃ on senescence in summer and a negative effect during autumn and winter, highlighting the influence of O₃ in accelerating leaf senescence during the rainy season. GLI responded negatively to O₃ in summer and spring, especially in high-biomass plots, indicating greater absorption in taller trees. The relationship between biomass and vegetation indices showed that the impact of AOT40 was more evident in medium- and high-biomass areas, with GLI being a good predictor. TCI and PSRI captured structural impacts linked to senescence, with PSRI being more sensitive in low-biomass plots during summer. In autumn and winter, however, GLI showed positive responses, suggesting that other environmental factors may be influencing the results. The findings suggest that AOT40 pollution in summer may be more harmful to the health of native vegetation, making this season the most suitable for monitoring vegetation sensitivity to the pollutant. For the other seasons, further studies are needed to evaluate how abiotic variables such as solar radiation and soil composition affect vegetation health and O₃ formation. The difference in sensitivity across biomass types highlights the need for studies assessing the effects of O₃ on the Atlantic Forest while considering its structural and ecological complexity, as well as the occurrence of specific physiological responses.
Keywords: Urban Forest; Unmanned Aerial Vehicle; Vegetation Indices.
Tarcísio Ferreira Martins
Relação Entre a Resposta Espectral da Vegetação e os Poluentes Atmosféricos em Unidades de Conservação na Região Metropolitana de São Paulo
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