Land-use and climate change risks in the Amazon and the need of a novel sustainable development paradigm.

For half a century, the process of economic integration of the Amazon has been based on intensive use of renewable and nonrenewable natural resources, which has brought significant basin-wide environmental alterations. The rural development in the Amazonia pushed the agricultural frontier swiftly, resulting in widespread land-cover change, but agriculture in the Amazon has been of low productivity and unsustainable. The loss of biodiversity and continued deforestation will lead to high risks of irreversible change of its tropical forests. It has been established by modeling studies that the Amazon may have two "tipping points," namely, temperature increase of 4 °C or deforestation exceeding 40% of the forest area. If transgressed, large-scale "savannization" of mostly southern and eastern Amazon may take place. The region has warmed about 1 °C over the last 60 y, and total deforestation is reaching 20% of the forested area. The recent significant reductions in deforestation-80% reduction in the Brazilian Amazon in the last decade-opens up opportunities for a novel sustainable development paradigm for the future of the Amazon. We argue for a new development paradigm-away from only attempting to reconcile maximizing conservation versus intensification of traditional agriculture and expansion of hydropower capacity-in which we research, develop, and scale a high-tech innovation approach that sees the Amazon as a global public good of biological assets that can enable the creation of innovative high-value products, services, and platforms through combining advanced digital, biological, and material technologies of the Fourth Industrial Revolution in progress.

The influence of the conservation status and changes in the rainfall regime on forest-savanna mosaic dynamics in Northern Brazilian Amazonia / Influência do status de conservação e da variação da precipitação na dinâmica de mosaicos floresta-savana ao norte da Amazônia Brasileira

Coupled carbon/climate models are predicting changes in Amazon carbon and water cycles for the near future, with conversion of forest into savanna-like vegetation. However, empirical data to support these models are still scarce for Amazon. Facing this scenario, we investigated whether conservation status and changes in rainfall regime have influenced the forest-savanna mosaic over 20 years, from 1986 to 2006, in a transitional area in Northern Amazonia. By applying a spectral linear mixture model to a Landsat-5-TM time series, we identified protected savanna enclaves within a strictly protected nature reserve (Maracá Ecological Station - MES) and non-protected forest islands at its outskirts and compared their areas among 1986/1994/2006. The protected savanna enclaves decreased 26% in the 20-years period at an average rate of 0.131 ha year-1, with a greater reduction rate observed during times of higher precipitation, whereas the non-protected forest islands remained stable throughout the period of study, balancing the encroachment of forests into the savanna during humid periods and savannization during reduced rainfall periods. Thus, keeping favorable climate conditions, the MES conservation status would continue to favor the forest encroachment upon savanna, while the non-protected outskirt areas would remain resilient to disturbance regimes. However, if the increases in the frequency of dry periods predicted by climate models for this region are confirmed, future changes in extension and directions of forest limits will be affected, disrupting ecological services as carbon storage and the maintenance of local biodiversity.(AU)

Modelos acoplados carbono/clima prenunciam mudanças nos ciclos do carbono e da água em um futuro próximo, substituindo gradualmente florestas tropicais por savanas. No entanto, dados empíricos que dão suporte a estes modelos ainda são escassos para a Amazônia. Diante deste cenário, investigamos se o status de conservação e as variações de precipitação influenciaram as mudanças ocorridas em 20 anos nos mosaicos floresta-savana, em uma área de transição ao norte da Amazônia. Utilizando imagens-fração do modelo de mistura aplicado à série temporal Landsat-5TM, enclaves de savana protegidos da Estação Ecológica de Maracá e ilhas de mata não protegidas do seu entorno foram identificados e suas áreas comparadas entre os anos 1986, 1994 e 2006. Os enclaves protegidos contraíram 26% em 20 anos a uma taxa média de 0,131 ha ano-1, com maiores taxas de retração em períodos de maior precipitação. As ilhas de mata não protegidas permaneceram estáveis no período total amostrado, porém com avanço de florestas sobre savanas em períodos mais úmidos e savanização em períodos mais secos. Mantendo-se as condições climáticas favoráveis, o status de conservação da Estação Ecológica Maracá continuará favorecendo o avanço de florestas e as áreas não protegidas permanecerão resilientes aos distúrbios. Porém, confirmada a tendência de aumento da frequência de eventos climáticos de seca prevista pelos modelos climáticos para essa região, a extensão e direção de mudanças futuras dos limites florestais serão afetadas, comprometendo os serviços ecológicos como a estocagem de carbono e a manutenção da biodiversidade local.(AU)

The influence of the conservation status and changes in the rainfall regime on forest-savanna mosaic dynamics in Northern Brazilian Amazonia / Influência do status de conservação e da variação da precipitação na dinâmica de mosaicos floresta-savana ao norte da Amazônia Brasileira

Coupled carbon/climate models are predicting changes in Amazon carbon and water cycles for the near future, with conversion of forest into savanna-like vegetation. However, empirical data to support these models are still scarce for Amazon. Facing this scenario, we investigated whether conservation status and changes in rainfall regime have influenced the forest-savanna mosaic over 20 years, from 1986 to 2006, in a transitional area in Northern Amazonia. By applying a spectral linear mixture model to a Landsat-5-TM time series, we identified protected savanna enclaves within a strictly protected nature reserve (Maracá Ecological Station - MES) and non-protected forest islands at its outskirts and compared their areas among 1986/1994/2006. The protected savanna enclaves decreased 26% in the 20-years period at an average rate of 0.131 ha year-1, with a greater reduction rate observed during times of higher precipitation, whereas the non-protected forest islands remained stable throughout the period of study, balancing the encroachment of forests into the savanna during humid periods and savannization during reduced rainfall periods. Thus, keeping favorable climate conditions, the MES conservation status would continue to favor the forest encroachment upon savanna, while the non-protected outskirt areas would remain resilient to disturbance regimes. However, if the increases in the frequency of dry periods predicted by climate models for this region are confirmed, future changes in extension and directions of forest limits will be affected, disrupting ecological services as carbon storage and the maintenance of local biodiversity.

Modelos acoplados carbono/clima prenunciam mudanças nos ciclos do carbono e da água em um futuro próximo, substituindo gradualmente florestas tropicais por savanas. No entanto, dados empíricos que dão suporte a estes modelos ainda são escassos para a Amazônia. Diante deste cenário, investigamos se o status de conservação e as variações de precipitação influenciaram as mudanças ocorridas em 20 anos nos mosaicos floresta-savana, em uma área de transição ao norte da Amazônia. Utilizando imagens-fração do modelo de mistura aplicado à série temporal Landsat-5TM, enclaves de savana protegidos da Estação Ecológica de Maracá e ilhas de mata não protegidas do seu entorno foram identificados e suas áreas comparadas entre os anos 1986, 1994 e 2006. Os enclaves protegidos contraíram 26% em 20 anos a uma taxa média de 0,131 ha ano-1, com maiores taxas de retração em períodos de maior precipitação. As ilhas de mata não protegidas permaneceram estáveis no período total amostrado, porém com avanço de florestas sobre savanas em períodos mais úmidos e savanização em períodos mais secos. Mantendo-se as condições climáticas favoráveis, o status de conservação da Estação Ecológica Maracá continuará favorecendo o avanço de florestas e as áreas não protegidas permanecerão resilientes aos distúrbios. Porém, confirmada a tendência de aumento da frequência de eventos climáticos de seca prevista pelos modelos climáticos para essa região, a extensão e direção de mudanças futuras dos limites florestais serão afetadas, comprometendo os serviços ecológicos como a estocagem de carbono e a manutenção da biodiversidade local.