Vegetation recovery in Portugal following large wildfire episodes

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente , apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2011Em Portugal, tal como em outros ecossistemas Mediterrânicos, tem-se registado um aumento quer no número de fogos, quer na extensão de área ardida. As alterações observadas nos regimes de fogo ao longo das últimas décadas devem-se sobretudo a mudanças no uso do solo, nomeadamente ao abandono rural e à mecanização da agricultura, que conduziram à acumulação de material combustível e à homogeneização da paisagem, bem como às alterações climáticas, que se caracterizam não só por um aumento da temperatura, mas também por um incremento na frequência de fenómenos extremos, tais como secas e ondas de calor. Estas alterações, quando combinadas, provocam um aumento do risco de incêndio. Portugal é um caso paradigmático no contexto da Europa Mediterrânica, registando o número mais elevado de fogos desde 1980, bem como a maior extensão de área ardida na última década. Em 2003 e 2005 Portugal assistiu a duas épocas de incêndios extraordinárias, que coincidiram com fenómenos climáticos extremos: uma forte onda de calor, em 2003, e uma das mais prolongadas secas da década, em 2004/2005. Nestas duas épocas de incêndios registaram-se os dois máximos de área ardida desde 1980, com 425000 ha ardidos em 2003 e 338000 ha em 2005. Em 2005 registou-se igualmente o valor máximo para o número de fogos em Portugal desde 1980. Apesar de a paisagem mediterrânica ter evoluído ao longo de milhares de anos em conjunto com o fogo, este constitui actualmente umas das suas maiores perturbações ecológicas, sendo responsável pelo empobrecimento dos solos, devido à perda de nutrientes; pela redução da camada de vegetação e consequentemente o aumento da erosão; e por transformações dos processos hidro-ecológicos da região. A vegetação mediterrânica é caracterizada por uma elevada capacidade de adaptação a fogos, através de estratégias de recuperação depois de incêndios. Certas espécies regeneram a partir de estruturas resistentes ao fogo, como é o caso do sobreiro (Quercus Suber), enquanto outras espécies apostam no estímulo da reprodução pós-fogo, através de sementes resistentes a elevadas temperaturas, como é o caso do pinheiro-bravo (Pinus Pinaster). No entanto, nem todas as espécies mediterrânicas logram recuperar depois de incêndios, e mesmo as espécies adaptadas ao fogo revelam uma redução na sua capacidade de recuperação após fogos recorrentes. A recuperação da vegetação depois de um fogo é um fenómeno complexo, que depende de diversas variáveis, nomeadamente a severidade do fogo, a densidade da vegetação antes do fogo e o tipo de vegetação, e de outros factores ambientais. A disponibilidade de água é um factor determinante na actividade da vegetação, sendo a recuperação da vegetação afectada pela quantidade de água no solo que, por sua vez, depende de factores climáticos, como a precipitação e temperatura, e das características do terreno, como o declive (vertentes viradas a Norte têm menos perdas por evapo-transpiração) e a altitude. Dada a sua complexidade, o estudo aprofundado da recuperação da vegetação após grandes fogos é determinante para um correcto planeamento de medidas de prevenção da erosão, bem como para o ordenamento do território e gestão das florestas. A Detecção Remota tem-se revelado um instrumento particularmente útil neste contexto, já que facilita o mapeamento de fogos e permite analisar a dinâmica da vegetação, bem como avaliar situações de stress, em áreas extensas e durante períodos temporais relativamente longos, com custos reduzidos. Os principais objectivos deste trabalho são i) efectuar uma análise preliminar da sensibilidade do modelo de recuperação da vegetação, desenvolvido por Gouveia et al. (2010), à dimensão da janela temporal, a dados em falta e a perturbações na actividade da vegetação; ii) analisar áreas ardidas nas épocas de incêndio de 2003, 2004 e 2005 e monitorizar a actividade da vegetação antes e depois da ocorrência do fogo através da aplicação do modelo à série temporal do Índice de Vegetação por Diferenças Normalizadas (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI); e iii) e proceder a uma identificação dos factores físicos e ambientais que determinam a recuperação da vegetação depois de um fogo. O estudo baseia-se em valores mensais do NDVI, obtidos através do sensor VEGETATION-SPOT5, com resolução espacial de 1kmx1km, compreendidos num período entre 1998 e 2009. A metodologia utilizada permitiu identificar as áreas ardidas referentes às épocas de incêndio estudadas, que foram validadas de acordo com os dados oficiais para as áreas ardidas. A implementação do modelo em certas áreas revelou um problema de ajuste do ponto inicial, já que o mínimo de NDVI era atingido alguns meses depois do incêndio, tal se devendo ao facto de as condições adversas observadas durante os meses de outono e inverno conduzirem a um acréscimo da mortalidade da vegetação que sobreviveu ao incêndio. Dado que em Gouveia e tal. (2010) a série temporal disponível não permitia a observação de uma total recuperação da vegetação, a validade do modelo foi inicialmente testada, através da comparação entre os tempos de recuperação estimados em Gouveia e tal. (2010) e os estimados através da série temporal mais alargada, utilizada no presente trabalho (1998-2009). Verificou-se que o modelo implementado fornece, em geral, estimativas de tempos de recuperação muito próximos dos observados. No entanto, para determinadas áreas ardidas, verificaram-se perturbações no ciclo vegetativo durante o processo de recuperação que, naturalmente, o modelo não poderia prever. Assim, incluiu-se uma correcção para que estes valores fossem retirados da análise de regressão, dado que poderiam introduzir variabilidade fenológica. Foi também avaliada a sensibilidade do modelo a dados em falta ao longo da série temporal. Verificou-se que o modelo é pouco sensível à falta de alguns valores de NDVI depois da ocorrência do incêndio se o processo de recuperação for regular, apresentando desvios muito reduzidos nas estimativas de tempo de recuperação. No entanto, a existência de perturbações na dinâmica da vegetação durante o período de recuperação, ou mesmo vários anos depois, conduz a erros de magnitude considerável nas estimativas do modelo. A seca constitui uma destas perturbações no processo de recuperação, pelo que o seu efeito sobre as estimativas do modelo foi avaliado. Verificou-se que, nas áreas afectadas em grande magnitude pela seca de 2004/05, a análise de regressão foi enviesada pela presença de vários meses com actividade vegetativa reduzida. Foram seleccionadas quatro áreas, correspondentes às três épocas de incêndios consideradas e localizadas em diversas regiões de Portugal Continental, para que se pudesse estudar o processo de recuperação de forma mais aprofundada, nomeadamente a influência de diversos factores físicos, ecológicos e geomorfológicos e identificar aqueles que determinam o processo de recuperação. Foi avaliada a influência da severidade do fogo, da densidade de vegetação antes do fogo, do tipo de vegetação e ainda da orientação do declive do terreno, sendo possível verificar a existência de comportamentos distintos. Observou-se que a regeneração das áreas compostas por florestas de pinheiro-bravo era tendencialmente lenta, tendo-se revelado marcadamente influenciada pela severidade do fogo, bem como pela disponibilidade de água no solo, influenciada, por sua vez, pela orientação do declive do terreno. As folhosas (sobreiros) apresentaram tempos de recuperação muito curtos (inferiores a dois anos) e o seu processo de recuperação mostrou-se ligeiramente influenciado pela densidade de vegetação pré-fogo, sendo independente de qualquer um dos outros factores analisados. Verificou-se ainda que, em geral, a vegetação arbustiva ou de transição recuperava rapidamente depois do fogo. Estes resultados são consistentes com as características adaptativas de recuperação após um fogo correspondentes a cada um dos tipos de vegetação estudados. Desta forma, observa-se que a metodologia implementada, não só é válida para obter estimativas dos tempos de recuperação de áreas ardidas, como também permite uma análise mais aprofundada da recuperação da vegetação, nomeadamente o estudo da influência de factores físicos, ambientais e climáticos no processo de regeneração pós-fogo da vegetação. No entanto, esta análise não dispensa a realização de estudos complementares, de campo ou recorrendo a outros índices, sempre que seja necessário avaliar a evolução da composição ou estrutura do ecossistema depois de um incêndio.As in the Mediterranean ecosystems, fire regimes in Portugal, , have been changing due to land-use modifications and climatic warming. Fire has become an important ecosystems’ disturbance, leading to soil impoverishment and desertification. In the European Mediterranean context, Portugal has registered the highest number of fire occurrences since 1980 and the larger burnt area over the past decade. Thus, an exhaustive study of vegetation recovery after fire events becomes crucial in land management. Two outstanding fire seasons were recorded in Portugal in 2003 and 2005, which coincided with extreme climatic events, a strong heat wave in 2003 and, in 2004/2005, one of the most severe droughts since early 20th century. The aim of the present study is to i) discriminate large burnt scars in Portugal during the 2003, 2004 and 2005 fire seasons, ii) monitor vegetation behaviour throughout the pre and the post fire periods and iii) identify physical and environmental factors driving post-fire recovery. The study makes extensive use of the mono-parametric model developed by Gouveia et al. (2010), based on monthly values of NDVI from 1998 to 2009, at 1km×1km spatial scale, as obtained from the VEGETATION-SPOT5 instrument. The model was previously validated and some corrections introduced. The proposed procedure allows identifying burnt scars, estimating vegetation recovery times for each scar and assessing the influence of fire damage, pre-fire vegetation density, plant traits and terrain characteristics on post-fire vegetation recovery