Land use and land cover dynamics and impacts in the soil organic matter in transitions environments between Amazon Forest – Cerrado

A dinâmica do uso e cobertura do solo serve como ferramenta para definição de estratégias e políticas de gerenciamento e monitoramento de recursos naturais. Atualmente, temos testemunhado a importância das mudanças no uso e cobertura do solo em escala regional e global, como é o caso do aquecimento Global. Os objetivos do estudo foram: i) avaliar o uso e cobertura do solo na Bacia do Lontra - TO, entre os anos de 1986 e 2015, por meio de imagens de satélite; ii) projetar cenários futuros de uso e cobertura do solo frente a mudanças instituídas pelo Novo Código Florestal; iii) identificar e estratificar pastagens com diferentes tempos de implantação após conversão de áreas de vegetação nativa; iv) avaliar os estoques de C e N de frações da matéria orgânica do solo sob pastagens com diferentes tempos de implantação; v) avaliar o conteúdo e a distribuição do C do solo nas frações granulométricas da MOS, após a conversão floresta – pastagem; vi) simular os efeitos de diferentes práticas de manejo em pastagens nos estoques de C. A área de estudo é a bacia hidrográfica do Rio Lontra localizada na região Norte do estado do Tocantins, inserida na Amazônia Legal na transição entre a Floresta Amazônica e Cerrado. O mapeamento do uso e cobertura do solo foi realizado a partir da classificação de imagens Landsat - 5 e 8, sensores TM e OLI, para os anos de 1986, 1990, 1993, 1999, 2004, 2010 e 2015. No processo de classificação de imagens, adotando o algoritmo Random Forest, foram utilizadas 96 variáveis preditoras, envolvendo dados espectrais e ambientais (geológicos, pedológicos, climáticos, topográficos e distâncias euclidianas). A detecção de mudanças no uso e cobertura do solo foi obtida por meio de análise de concordância. As situações futuras projetadas constituíram-se: (i) na continuidade de padrão de mudanças do uso e cobertura do solo identificado desde 1986 até 2015, desconsiderando as medidas previstas no novo código florestal (cenário 1-S1); e (ii) a implantação das áreas de reserva legal, delimitadas no CAR (Cadastro Ambiental Rural) dos imóveis inseridos na bacia do rio Lontra, conforme previsto no Artigo 12 do código florestal brasileiro (cenário 2-S2). A projeção dos cenários foi realizada utilizando o pacote LULCC (Land Use and Land Cover Changes) para o software R. Os efeitos da conversão floresta – pastagem na matéria orgânica foi avaliado nos estoques do C e N do solo nas frações granulométricas da MOS (matéria orgânica particulada – MOP, matéria orgânica associada aos minerais – MAM). Para tanto, foram selecionadas cinco situações de estudo (SE): SE1 (Floresta Ombrófila sobre Neossolo Quartzarênico); SE2 (Floresta Ombrófila sobre Plintossolo Pétrico); SE3 (Cerrado Denso sobre Latossolo Vermelho-Amarelo Petroplíntico); SE4 (Cerrado Denso sobre Argissolo Vermelho- Amarelo) e SE5 (Cerrado Strictu Sensu sobre Neossolo Quartzarênico). Nestas áreas foram coletadas amostras de solo em pastagem com dois tempos distintos de implantação (entre 10 e 30 anos) e duas repetições de área, além de uma de vegetação nativa, referência das condições iniciais. A simulação das mudanças nos estoques de C e N na camada de 0–20 cm foi feita utilizando o modelo Century, versão 4.0, com o ajuste do modelo para determinação dos parâmetros de produção de biomassa do tipo de vegetação presente. Os estoques de C e N simulados no estado de equilíbrio da MOS sob vegetação nativa foram usados como as condições iniciais para ajuste do modelo de desmatamento e posterior estabelecimento da pastagem. Sete cenários futuros de produção para 2050 foram simulados para avaliar os efeitos de diferentes práticas de manejo das pastagens sobre os estoques de C e N no solo em comparação com a situação atual de ausência de práticas de manejo. A integração de variáveis ambientais às espectrais proporcionou maiores valores de acurácia global (de 91% a 94%), indicando que a adição de variáveis ambientais às espectrais pode ser alternativa para melhorar o monitoramento espaço- temporal em áreas de ecótono de regiões Neotropicais. A cobertura florestal entre 1986 – 2015 teve uma redução de 32,3 mil ha, enquanto que o uso com pastagens cresceu em aproximadamente 30 mil ha. O cenário S1 indicou intensa conversão de cobertura florestal nativa em pastagens, passando a representar mais de 80% do uso e cobertura do solo, frente a 11,3% e 5,1% das florestas e Cerrado Strictu Sensu. Já o cenário S2, que aborda a aplicação da legislação florestal brasileira, possibilitou a recomposição da cobertura florestal em relação ao primeiro ano de monitoramento, cobrindo 29,5% da área da bacia. As maiores taxas de perda de C-C 3 foram verificadas nas pastagens com menor tempo de implantação e na situação de estudo SE3. As maiores taxas de ganho de C-C 4 foram observadas na fração MOP das pastagens com 20 anos da SE2 e SE3. Práticas como o controle químico de espécies espontâneas, adubação de formação no momento de implantação das pastagens e sistemas silvipastoris, mostram-se como alternativas para maximizar o sequestro de carbono.The dynamics of land use and land cover serve as a tool for the definition of strategies and policies for the management and monitoring of natural resources. Currently, we have witnessed the importance of changes in land use and land cover on a regional and global scale, such as Global Warming. The study aimed: i) to evaluate the land use and land cover in the Rio Lontra Basin, Tocantins State, between 1986 and 2015, through satellite images; ii) to design future scenarios of land use and land cover in face of changes instituted by the New Forest Code; iii) to identify and stratify pastures with different implantation times after conversion of areas of native vegetation; iv) to evaluate the C and N stocks of soil organic matter (SOM) fractions under pastures with different implantation times; v) to evaluate the content and distribution of soil C in the granulometric fractions of SOM, after forest - pasture conversion; vi) to simulate the effects of different management practices on pastures in the C stocks. The study area is the Rio Lontra basin located in the northern region of the Tocantins State, inserted in the Legal Amazon in the transition between the Amazon Forest and Cerrado. The land use and land cover mapping were carried out based on the classification of Landsat - 5 and 8 images, TM and OLI sensors, for the years 1986, 1990, 1993, 1999, 2004, 2010 and 2015. In the classification process of images, using the Random Forest algorithm, we used 96 predictor variables, involving spectral and environmental data (geological, pedological, climatic, topographic and Euclidean distances). The detection of changes in land use and land cover was obtained through concordance analysis. The projected future situations consisted of: (i) the continuity of the pattern of changes in land use and land cover identified from 1986 to 2015, disregarding the measures foreseen in the new forest code (scenario 1-S1); and (ii) the establishment of the legal reserve areas, delimited in the REC (Rural Environmental Cadastre) of the properties inserted in the Rio Lontra basin, as provided in Article 12 of the Brazilian Forest Code (scenario 2-S2). The effects of the forest - pasture conversion on the organic matter were evaluated in soil C and N stocks in the SOM particle size fractions (particulate organic matter – POM and organic matter associated to minerals - OMAM). For this, five study situations (SE) were selected: SE1 (Ombrophylous Forest on Typic Quartzipsamment); SE2 (Ombrophilous Forest on Typic Plinthaquox); SE3 (Cerrado Denso on Typic Plinthaquox); SE4 (Dense Cerrado on Typic Epiaquults) and SE5 (Cerrado Strictu Sensu on Typic Quartzipsamment). In these areas, soil samples were collected in the pasture with two distinct implantation times (between 10 and 30 years) and two replicates of the area, in addition to one of native vegetation, reference of the initial conditions. The simulation of changes in C and N stocks in the 0-20 cm layer was done using the Century model, version 4.0, with the adjustment of the model to determine the biomass production parameters of the present vegetation type. C and N stocks simulated at the steady state of SOM under native vegetation were used as the initial conditions for adjustment of the deforestation model and subsequent establishment of pasture. Seven future production scenarios for 2050 were simulated to evaluate the effects of different pasture management practices on C and N stocks in the soil compared to the current situation of absence of management practices. The integration of environmental variables to the spectral ones provided higher values of global accuracy (from 91% to 94%), indicating that the addition of environmental variables to the spectral ones may be an alternative to improve space-time monitoring in ecotone areas of Neotropical regions. The forest cover between 1986 and 2015 had a reduction of 32.3 thousand ha, while the use with pastures grew by approximately 30 thousand ha. The S1 scenario indicated an intense conversion of native forest cover to pasture, representing more than 80% of land use and land cover, compared to 11.3% and 5.1% of the forests and Cerrado Strictu Sensu. On the other hand, scenario S2, which addresses the application of the Brazilian forest legislation, made it possible to recompose the forest cover in relation to the first year of monitoring, covering 29.5% of the basin area. The highest loss rates of C-C3 were observed in the pastures with the shortest implantation time and in the SE3 study situation. The highest rates of C-C4 gain were observed in the POM fraction of the 20-year pastures of SE2 and SE3. Practices such as chemical control of spontaneous species, fertilization training at the moment of pasture implantation and agroforestry systems, are shown as alternatives to maximize carbon sequestration.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio