Floristic and structure of an Amazonian primary forest and a chronosequence of secondary succession / Florística e estrutura de uma floresta primária e uma cronossequência de sucessão secundária na Amazônia

The analysis of changes in species composition and vegetation structure in chronosequences improves knowledge on the regeneration patterns following land abandonment in the Amazon. Here, the objective was to perform floristic-structural analysis in mature forests (with/without timber exploitation) and secondary successions (initial, intermediate and advanced vegetation regrowth) in the Tapajós region. The regrowth age and plot locations were determined using Landsat-5/Thematic Mapper images (1984-2012). For floristic analysis, we determined the sample sufficiency and the Shannon-Weaver (H'), Pielou evenness (J), Value of Importance (VI) and Fisher's alpha (α) indices. We applied the Non-metric Multidimensional Scaling (NMDS) for similarity ordination. For structural analysis, the diameter at the breast height (DBH), total tree height (Ht), basal area (BA) and the aboveground biomass (AGB) were obtained. We inspected the differences in floristic-structural attributes using Tukey and Kolmogorov-Smirnov tests. The results showed an increase in the H', J and α indices from initial regrowth to mature forests of the order of 47%, 33% and 91%, respectively. The advanced regrowth had more species in common with the intermediate stage than with the mature forest. Statistically significant differences between initial and intermediate stages (p<0.05) were observed for DBH, BA and Ht. The recovery of carbon stocks showed an AGB variation from 14.97 t ha-1 (initial regrowth) to 321.47 t ha-1 (mature forests). In addition to AGB, Ht was also important to discriminate the typologies.

A análise de mudanças na composição de espécies e estrutura da vegetação em cronosseqüências aprimora o conhecimento sobre os padrões de regeneração após o abandono das terras na Amazônia. Nosso objetivo foi realizar análise florístico-estrutural em florestas maduras (com / sem exploração madeireira) e em sucessões secundárias (inicial, intermediária e avançada) na região do Tapajós. A idade da regeneração e os locais das parcelas foram determinados usando imagens Landsat-5 TM (1984-2012). Na análise florística, foi determinada a suficiência amostral e os índices de Shannon-Weaver (H'), uniformidade de Pielou (J), Valor de Importância (VI) e alfa de Fisher (α). Foi aplicada análise de escalonamento multidimensional não-métrico (NMDS) para ordenação de similaridade. Na análise estrutural, o diâmetro à altura do peito (DAP), altura total da árvore (Ht), área basal (BA) e biomassa acima do solo (AGB) foram obtidos. As diferenças entre tipologias dos atributos florísticos-estruturais foram verificadas utilizando os testes de Tukey e Kolmogorov-Smirnov. Os resultados mostraram aumento dos índices H', J e alfa a partir da sucessão inicial até as florestas maduras da ordem de 47%, 33% e 91%, respectivamente. O estágio avançado apresentou mais espécies em comum com o estágio intermediário do que com a floresta madura. Foram observadas diferenças estatisticamente significativas entre os estágios iniciais e intermediários (p <0,05) para o DAP, BA e Ht. O retorno dos estoques de carbono mostrou uma variação de AGB de 14,97 t ha-1 (estágio inicial) para 321,47 t ha-1(florestas maduras). Além de AGB, Ht também foi um atributo importante para discriminar as tipologias.

Multi-temporal analysis of radiometric changes in satellite images of forest edges to infer selective-logging areas in the Amazon forest / Análise multitemporal das mudanças radiométricas em imagens de satélite de bordas de floresta para inferir áreas de corte seletivo na floresta Amazônica

Radiometric changes observed in multi-temporal optical satellite images have an important role in efforts to characterize selective-logging areas. The aim of this study was to analyze the multi-temporal behavior of spectral-mixture responses in satellite images in simulated selective-logging areas in the Amazon forest, considering red/near-infrared spectral relationships. Forest edges were used to infer the selective-logging infrastructure using differently oriented edges in the transition between forest and deforested areas in satellite images. TM/Landsat-5 images acquired at three dates with different solar-illumination geometries were used in this analysis. The method assumed that the radiometric responses between forest with selective-logging effects and forest edges in contact with recent clear-cuts are related. The spatial frequency attributes of red/near infrared bands for edge areas were analyzed. Analysis of dispersion diagrams showed two groups of pixels that represent selective-logging areas. The attributes for size and radiometric distance representing these two groups were related to solar-elevation angle. The results suggest that detection of timber exploitation areas is limited because of the complexity of the selective-logging radiometric response. Thus, the accuracy of detecting selective logging can be influenced by the solar-elevation angle at the time of image acquisition. We conclude that images with lower solar-elevation angles are less reliable for delineation of selecting logging.

Mudanças radiométricas observadas em imagens multitemporais de satélites ópticos têm importante papel na caracterização de áreas afetadas pelo corte seletivo. O objetivo desse estudo foi analisar o comportamento multitemporal da resposta da mistura espectral em imagens de satélite de áreas simuladas por corte seletivo de madeira na floresta amazônica, considerando as relações espectrais do vermelho/infravermelho próximo. Para a análise dos dados foram utilizadas as margens da floresta para inferir a infraestrutura de exploração florestal em diferentes orientações a partir da transição entre áreas de floresta e desmatamento em imagens de satélite. Imagens do sensor TM/Landsat-5 adquiridas em três datas distintas com diferentes geometrias de iluminação solar foram utilizadas na análise. O método utilizado presume que as respostas radiométricas entre a floresta com efeitos do corte seletivo e as margens da floresta em contato com áreas recém-desmatadas estão relacionadas. Os atributos da frequência espacial das bandas espectrais do vermelho/infravermelho próximo foram analisados. A análise dos diagramas de dispersão mostraram dois grupos de pixels que representam áreas de corte seletivo. Os atributos de tamanho e distância radiométrica representando esses dois grupos foram relacionados com o ângulo de elevação solar. Os resultados sugerem que a detecção de áreas exploradas é limitada devido à complexidade da resposta radiométrica do corte seletivo. Assim, a acurácia em detectar o corte seletivo pode ser influenciada pelo ângulo de elevação solar durante a aquisição das imagens. Nós concluímos que imagens com ângulos de elevação solar baixos são menos confiáveis para a delimitação do corte seletivo.

Caracterização de uso e cobertura da terra na Amazônia utilizando imagens duais multitemporais do COSMO-SkyMed / Land use/land cover characterization in Amazonia using COSMO-SkyMed multitemporal images

The use of radar imagery is an alternative source of information to support the monitoring of the Amazon region, since the optical images have imaging limitations in tropical areas due to the occurrence of clouds. Therefore, the goal of this study is to analyze the radar images in X-band multi-temporal polarized obtained by COSMO-SkyMed satellite (COnstellation of small Satellites for Mediterranean basin Observation), in the intensity mode, isolated and/or combined with textural information, to thematic characterization of land use/land cover in the Humaitل, Amazonas State region. The methodology used includes: analysis of the dual images obtained during two subsequent acquisitions, in order to explore the potential of the dataset as a quad-pol intensity; extraction of textural attributes from the co-occurrence matrix (Gray Level Co-occurrence Matrix) and subsequent contextual classification; statistical assessment of the thematic performance of the intensity and textural images, isolated and in polarized groups. Within the results achieved, the group formed only by the intensity images presented a better performance if compared to those containing the textural attributes. In this discrimination, the classes involved were forest, alluvial forest, reforestation, savannah, pasture and burned areas, yielding 66% overall accuracy and a Kappa value of 0.55. The results showed that X band images, from COSMO-SkyMed, StripMap mode (Ping-Pong), multi-polarized, presents a moderate potential to characterize and monitor the dynamics of land use/land land cover in the Brazilian Amazon.

A utilização de imagens de radar é fonte alternativa de informações para subsidiar o monitoramento da região amazônica, visto que as imagens ópticas têm limitações de imageamento em zonas tropicais face a ocorrência de nuvens. Por conseguinte este trabalho teve como objetivo analisar a capacidade das imagens-radar de banda X multitemporais e polarizadas obtidas pelo satélite COSMO-SkyMed (COnstellation of small Satellites for Mediterranean basin Observation), no modo intensidade, isoladamente e agregados às informações texturais, na caracterização temática de uso e cobertura da terra no município de Humaitá/AM. A metodologia empregada consistiu da: análise das imagens duais obtidas em duas aquisições subsequentes, de forma a explorar a potencialidade do conjunto de dados na forma quad-pol intensidade; extração dos atributos texturais a partir da matriz de coocorrência (Gray Level Co-occurrence Matrix) e posterior classificação contextual; avaliação estatística de desempenho temático das imagens intensidade e texturais, isoladas e em grupos polarizados. Dentre os vários resultados alcançados, foi verificado que o grupo formado somente pelas imagens intensidade apresentou o melhor desempenho, comparado àqueles contendo os atributos texturais. Nesta separabilidade, estavam envolvidas as classes de floresta, floresta aluvial, reflorestamento, savana, pasto e queimada, obtendo-se 66% de acurácia total e valor Kappa de 0,55. Os resultados mostraram que as imagens de banda X do COSMO-SkyMed, modo StripMap (Ping-Pong), multipolarizadas, têm potencial moderado para a caracterização e monitoramento da dinâmica de uso e cobertura da terra na Amazônia brasileira.

Análise do potencial de imagem TerraSAR-X para mapeamento temático no sudoeste da Amazônia brasileira / Analysis of the potential use from TerraSAR-X images for thematic mapping in SW Brazilian Amazon region

O presente trabalho tem como objetivo analisar o potencial de imagens SAR polarimétricas do sensor TerraSAR-X, no modo StripMap, para mapear o uso e cobertura da terra na região sudoeste da Amazônia brasileira. No procedimento metodológico imagens de amplitude nas polarizações A HH e A VV, A

The objective of this work was to analyze the potential use of SAR polarimetric images from the TerraSAR-X sensor system, at StripMap mode, to map land use and land cover in SW Brazilian Amazon. Amplitude images at polarizations A HH, A VV, A

Composição florística e estrutura de uma unidade de manejo florestal sustentável na Floresta Nacional do Tapajós, Pará / Floristic composition and structure of a sustainable forest management unit at Tapajos National Forest, Para, Brazil

Neste trabalho são discutidos aspectos da composição florística e da estrutura de um povoamento de floresta ombrófila densa submetido a práticas de exploração madeireira de impacto reduzido. O estudo foi conduzido numa unidade de manejo florestal com aproximadamente 3.200 ha, instalada na porção norte da Floresta Nacional do Tapajós (estado do Pará), onde foram extraídos, em média, 23,7 m³ de madeira por hectare. Para representar a variabilidade existente na área experimental, foram estabelecidas aleatoriamente seis parcelas amostrais de um hectare em diferentes quadras de exploração. As análises florístico-estruturais foram realizadas em duas escalas distintas com vistas a atender objetivos específicos: (a) em nível de unidade de manejo, para uma caracterização global do povoamento florestal no qual serão baseados estudos subseqüentes; e (b) em nível de parcela amostral, para subsidiar o estudo de dados de sensoriamento remoto frente às variações florístico-estruturais observadas. O conjunto de resultados obtidos indicou que a unidade de manejo florestal apresenta uma elevada diversidade florística no componente arbóreo (índice de Shannon-Weaver igual a 4,22). Observou-se que o povoamento é caracterizado pela concentração de uma grande quantidade de indivíduos e espécies em poucas famílias botânicas e por um número elevado de espécies localmente raras. A análise das variações florístico-estruturais entre parcelas amostrais evidenciou diferenças estatísticas significativas quanto à diversidade e a similaridade de espécies e quanto a valores médios de altura total. Adicionalmente, observou-se certa variabilidade nos padrões estruturais em termos de distribuição diamétrica e de valores estimados de volume comercial de madeira.

In this work we discuss aspects of the floristic composition and structure of a stand of dense tropical rain forest subjected to low-impact logging practices. We conducted the study in a 3,200 ha forest management unit located in the north portion of the Tapajos National Forest (Para, Brazil), where a mean timber volume of 23.7 m³.ha-1 had been extracted. To represent the variability existing within the experimental area, we randomly selected six 1 ha sample plots in different exploitation blocks. The floristic-structural analyses were made at two distinct scales: (a) at a management unit level, for a global characterization of the forest stand in which later studies will be performed; and (b) at a sample plot level, to aid the study of remote sensing data, given the observed floristic-structural variations. The results showed that the forest management unit hosts a high floristic diversity (Shannon-Weaver index equals 4.22). The stand is characterized by a high individuals/species concentration in few botanical families, and by a high number of locally rare species. Analysis of the floristic-structural variations between sample plots showed statistically significant differences in species diversity and similarity, and in mean total height values. In addition, we noted significant variability in the structural metrics such as the distribution of diameters and the estimated timber volume.