Mapping threatened canga ecosystems in the Brazilian savanna using U-Net deep learning segmentation and Sentinel-2 images: a first step toward conservation planning / Mapeamento de ecossistemas de canga ameaçados no Cerrado brasileiro utilizando deep learning segmentação U-Net e imagens Sentinel-2: um primeiro passo para o planejamento de conservação

Abstract Canga ecosystems are iron-rich habitats and pose a challenge for conservation and environmental governance in Brazil. They support high levels of biodiversity and endemism and, at the same time, have suffered intense losses and degradation due to large-scale iron ore mining. The Peixe Bravo River Valley in the Brazilian savanna is one of the last natural canga areas that has yet to face the irreversible impacts of mining. However, there are vast gaps in data on the vegetation cover, location, spatial distribution, and area of occurrence of this ecosystem. Therefore, more information is needed on the appropriate scale, without which it is difficult to establish conservation planning and strategies to prevent, mitigate or compensate for impacts on canga ecosystems. In this study, we provide the first map of canga ecosystems in Brazil using the U-Net deep learning model and Sentinel-2 images. In addition, we estimate the degree of direct threat faced by ecosystems due to the spatial overlap of the mapped cangas and the location of mining concession areas for iron ore exploitation. The deep learning algorithm identified and segmented 762 canga patches (overall accuracy of 98.5%) in an area of 30,000 ha in the Peixe Bravo River Valley, demonstrating the high predictive power of the mapping approach. We conclude that the direct threat to canga ecosystems is high since 99.6% of the observed canga patches are included in mining concession areas. We also highlight that the knowledge acquired about the distribution of cangas through the application of an effective method of artificial intelligence and the use of open-source satellite images is especially important for supporting conservation strategies and environmental public policies.

Resumo Os ecossistemas de Canga, habitats com elevadas concentrações de ferro, são um desafio para conservação e governança ambiental no Brasil. Eles sustentam uma alta biodiversidade e endemismo, e sofreram intensas perdas e degradações de áreas naturais devido à mineração de ferro em larga escala. O Vale do Rio Peixe Bravo, localizado no Cerrado brasileiro, é uma das últimas regiões com ecossistemas de canga que ainda não sofreu impactos irreversíveis da mineração. Mas ainda há ausência de dados sobre a cobertura vegetal, localização, distribuição geográfica e a área de ocorrência desse ecossistema. Portanto, a ausência de informações em escala adequada dificulta o planejamento em conservação e as estratégias para prevenir, mitigar ou compensar os impactos nos ecossistemas de canga. Neste estudo, nós fornecemos o primeiro mapa de ecossistemas de canga no Brasil elaborado a partir de deep learning segmentação U-Net e imagens de satélite Sentinel-2. Além disso, nós estimamos o grau de ameaça direta dos ecossistemas devido a sobreposição espacial das manchas de cangas preditas e a localização dos títulos de concessão minerária para exploração do minério de ferro. O algoritmo de aprendizado profundo identificou 762 manchas de canga (acurácia acima de 98,5%) em uma área de 30.000 ha no Vale do Rio Peixe Bravo, demonstrando o alto poder preditivo do método de mapeamento. Nós estimamos que há um alto grau de ameaça direta aos ecossistemas de canga, uma vez que 99,6% das manchas de cangas preditas estão incluídas em áreas de concessão de mineração. Nós também destacamos que o conhecimento adquirido sobre a distribuição das cangas por meio da aplicação de um método eficaz de inteligência artificial e do uso de imagens de satélite de código aberto é especialmente importante para apoiar estratégias de conservação e políticas públicas ambientais.

Arbuscular mycorrhizal fungal communities in an iron mining area and its surroundings: Inoculum potential, density, and diversity of spores related to soil properties / Comunidades de fungos micorrízicos arbusculares em área de mineração e seu entorno: Potencial de inóculo, densidade e diversidade de esporos relacionados a atributos do solo

ABSTRACT Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) interact symbiotically with most plant species, facilitating revegetation of areas under rehabilitation. The aim of this study was to evaluate the inoculum potential, density, and diversity of AMF spores in five environments, as well as the relation of species with soil properties. Soil samples were collected in five environments in a mining area and its surroundings in the Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais (Brazil): tailings piles in rehabilitation with grass, canga, Cerrado, native forest, and eucalyptus plantation; these samples were subjected to chemical and physical analyses. Spores were directly extracted from field samples and from trap cultures (TCs) established in two locations in the Southeast and South regions of Brazil for taxonomic identification of the species. Species richness, the Shannon diversity index (H'), and equitability were determined. Principal component analysis (PCA) was used to identify soil properties that most influenced AMF occurrence. Spore density showed no significant difference among the environments. A total of 59 AMF species were found. This is the first report of the occurrence of Acaulospora nivalis and Acaulospora alpina in Brazil. Higher H' and species richness in the field were found in tailings piles and lower in canga. Canga showed higher inoculum potential. The development of TCs in two locations allowed a wider diversity of AMF species to be captured. Environments of the Quadrilátero Ferrífero are hotspots of AMF diversity, and the soil pH and exchangeable S and P contents are the properties that best explain the distribution of AMF species.

RESUMO Fungos micorrízicos arbusculares (AMF) interagem simbioticamente com a maioria das espécies de plantas, facilitando a revegetação de áreas sob reabilitação. O objetivo deste trabalho foi de avaliar o potencial de inóculo, densidade e diversidade de esporos de AMF em cinco ambientes, e a relação das espécies com atributos do solo. Amostras de solo foram coletadas em cinco ambientes em área de mineração e seu entorno no Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais (Brasil): pilha de rejeitos em reabilitação com capim, canga, Cerrado, mata nativa e plantação de eucalipto, e submetidas a análises química e física. A extração de esporos direto de amostras de campo e de culturas armadilha (TCs), estabelecidas em dois locais nas regiões Sul e Sudeste do Brasil, foi feita para identificação taxonômica das espécies. Foram determinados riqueza de espécies, índice de diversidade de Shannon (H') e equitabilidade. Análise de componentes principais (PCA) foi utilizada para identificar atributos do solo que mais influenciaram a ocorrência de AMF. A densidade de esporos não diferiu significativamente entre os ambientes. Um total de 59 espécies de AMF foram encontradas, destacando-se o primeiro relato de ocorrência de Acaulospora nivalis e Acaulospora alpina no Brasil. Maiores H' e riqueza de espécies no campo foram encontradas em pilhas de rejeitos e menores em canga, embora canga tenha apresentado maior potencial de inóculo. A condução de TCs em dois locais proporcionou captura de maior diversidade de espécies de AMF. Ambientes do Quadrilátero Ferrífero são hotspots de diversidade de AMF e o pH do solo e teores trocáveis ​​de S e P são os atributos que melhor explicam a distribuição das espécies de AMF.

Fructification phenology as an important tool in the recovery of iron mining areas in Minas Gerais, Brazil / Fenologia da frutificação como importante ferramenta na recuperação de áreas de mineração de ferro em Minas Gerais, Brasil

"Canga" is a name given to the ferruginous rocky fields that can be found in the "Quadrilátero Ferrífero" of Minas Gerais, Brazil. The endemism and species richness make them areas of special biological importance, regarded as high-priority for conservation. Nevertheless, they are being threatened by intense mining activity. Aiming to understand more about this flora, this study was performed in order to determine the maturation or dispersal period of the fruits of four Canga species, Alibertia vaccinioides K.Schum. (Rubiaceae), Coccoloba acrostichoides Cham. (Polygonaceae), Miconia sellowiana Naudin (Melastomataceae), and one probable new species of Calyptranthes Sw. (Myrtaceae). Although fruit maturation or dispersal tended to occur at the end of the dry season, some asynchrony was observed in these species, with food sources being available during most of the year. This shows that these species have the potential to attract animals the whole year round, and planting them for the recovery of iron mining areas may increase the community's self-regeneration capacity, leading to a more successful restoration process.

Canga é um nome dado para os campos rupestres ferruginosos encontrados no Quadrilátero Ferrífero de Minas Gerais. O endemismo e riqueza de espécies os tornam uma área de importância biológica especial, considerada prioritária para conservação. Além disso, tem sido submetida à intensa atividade mineradora. Este estudo objetivou determinar as épocas de maturação/dispersão de frutos de quatro espécies de ocorrência na canga, Alibertia vaccinioides K. Schum. (Rubiaceae), Coccoloba acrostichoides Cham. (Polygonaceae), Miconia sellowiana Naudin (Melastomataceae) e de uma provável espécie nova de Calyptranthes Sw. (Myrtaceae). Apesar da maturação/dispersão dos frutos ter apresentado uma tendência de ocorrer no final da estação seca, foi constatada uma assincronia do evento entre essas espécies, com disponibilidade de alimento aos animais frugívoros ao longo de grande parte do ano. O plantio dessas espécies para recuperação de áreas ferruginosas similares degradadas pela mineração poderá atrair fauna durante todas as estações, aumentando o potencial de autorregeneração da comunidade e o consequente sucesso no processo de restauração.