Caracterizando as invasões por Acácias Australianas na Bacia do Rio Arouce desde 1960 usando a distribuição das espécies, a história do uso do solo e as condicionantes físicas – implicações à invasibilidade

Characterizing the Acacia invasions in Arouce River (Lousã, Portugal) since 1960 using species distribution, land cover change and environment physical characters - implications for invisibility

Oliveira-Costa, Jorge¹; Figueiredo, Albano²; Almeida, António²; Nunes, Adélia²

¹Laboratório de Ecologia/Universidade de São Paulo; Rua do Matão, travessa 14, 05508-090, São Paulo, Brasil; oliveiracostajorge@gmail.com

²CEGOT/Departamento de Geografia/Faculdade de Letras/Universidade de Coimbra; Largo da Ponte Férrea, 3004-530, Coimbra, Portugal; geofiguc@gmail.com; camparalmeida@gmail.com; adelia.nunes@ci.uc.pt

RESUMO

Os resultados sobre a invasividade na Bacia do Rio Arouce (Oliveira-Costa & Souza, 2015)  sugeriram que a colonização da área pelas Acácias está a ocorrer por uma possível via: matriz no setor intermédio com propagação sentido baixo curso via corredores ripários. Observada a invasividade local (graus de densidade/cobertura), as condições ambientais para as Acácias na área de estudo parecem ser favoráveis (invasibilidade). Este estudo é abordado por meio da análise das condições ambientais, partindo da informação da distribuição das espécies e dos atributos do meio físico. O método adotado inclui análise de imagens orbitais e de cartografias do uso do solo. Nos últimos 50 anos, as duas Acácias presentes na Bacia do Rio Arouce (A. dealbata e A. melanoxylon) tem expandido progressivamente seus alcances, sob padrão estruturado pelas condições locais.

Palavras-Chave: Análise espacio-temporal. Condições ambientais. Plantas invasoras. SIG.

ABSTRACT

The results about invasiveness in the Arouce Watershed (Oliveira-Costa & Souza, 2015), have suggested that the colonization of the region by the Acacia occur in a possible way: coming from the central area and disseminating to lower stream of the Arouce River. According the local invasiveness, the environmental conditions for Acacias in the study area are favorable (invasibility). This study is approached by analyzing the environmental conditions, through informations about species distributions and physical elements. The applied methods include analysis of orbital images and land cover maps. In the last 50 years, the two Acacias in the study area (A. dealbata and A. melanoxylon) have been improving their local range, under patterns promoted by local conditions.

Keywords: Spatial-temporal analysis. Environmental conditions. Invasive plants. GIS.

1. Introdução

Tem-se observado nos estudos de EEI (Espécies Exóticas Invasoras) a necessidade de uma cooperação interdisciplinar (entre geografia, ecologia, genética, zoologia), visando alcançar desde traços potencializadores das espécies à invasão (Teoria da Invasividade) (Elton, 1958; Pysek et. al., 1995; Williamson, 1996), até traços fragilizadores do meio (Teoria da Invasibilidade) (Elton, 1958; Lockwood et. al., 2007). Nessa cooperação, a Geografia Física contribui: 1. verificando o padrão da complexidade do fenómeno: distribuição, ocupação e interação das EEI; 2. avaliando se o padrão está estruturalmente determinando pelas condições locais (fatores): estrutura da paisagem, ocorrência de incêndios, condicionantes físicas (invasibilidade); 3. predizendo o potencial invasor das espécies a partir da análise da diversidade biótica (consequências): densidade, cobertura, sociabilidade (invasividade). No trabalho anterior concentrado na invasividade (Oliveira-Costa & Souza, 2015), a Bacia do Rio Arouce foi enquadrada em contexto de alto grau da invasão: fase ‘exponencial’ do processo, etapa ‘tornando-se uma peste’, espécies em grau de risco ‘estabelecidas’, ‘alto’ potencial invasor. Aqui será apresentado o quadro da invasibilidade, significativo para entendimento dos fatores da invasividade ligados a dinâmica e fragilidade do meio na Bacia do Rio Arouce.

Os impactes causados por EEI tem aumentado rapidamente, o que tem tornado a invasão biológica um problema global (Vavilov, 1992; Vitousek et. al., 1997; Simberloff & Rejmànek, 2011), sobretudo em razão da potencial naturalização das EEI dentro de novas regiões (Shigesada & Kawasaki, 1997), onde as espécies formam populações numerosas e auto-sustentáveis, promovendo disturbios de natureza ecológica, económica e social (IUCN, 1999). Assim, uma das primeiras preocupações nos estudos de EEI é determinar quais fatores promovem o sucesso da invasão (Guo, 2006). Uma das teorias centrais em invasão biológica defende que as alterações nos usos do solo podem agir como promotoras da invasão, em ação conjunta com elementos de ordem natural (dinâmica hidrológica, tipo de relevo, condições climáticas) (Fridley, 2011; Henderson et al., 2006; Rejmànek, 2011), e antrópica (desenvolvimento económico, crescimento populacional, abandono da terra) (Pimentel et. al., 2005).

A temporalidade e espacialidade na caracterização das invasões biológicas exigem informações advindas das condições ambientais (McDonald, 2003), sobretudo dos fluxos dos condicionantes estruturadores da paisagem e demais eventos físico-geográficos (Lockwood et. al., 2007), que podem agir como fatores determinantes tanto da invasividade quanto da invasibilidade, influenciando a extensão, duração, intensidade e o tempo de ocorrência desses fenómenos. Não obstante, apesar das implicações em termos de invasibilidade, dados das condições ambientais pouco predizem aspetos do potencial invasor das EEI (Watts, 1971), pois são pobre preditores das consequências das invasões. Entretanto, de posse dos dados da invasividade é possível estimar a invasibilidade (Fridley, 2011), onde a taxa de densidade das EEI poderá refletir a vulnerabilidade do meio. O modelo teórico por trás dessa abordagem trata da oportunidade dos ecossistemas, disponibilidade de recursos e plasticidade fenotípica (Levine et al., 2003; Gallien et al., 2010), e é estimado pela distribuição das EEI e sua densidade populacional, onde espécies com alta plasticidade são mais inclinadas ao estabelecimento, sobretudo a partir do favorecimento das condições locais tais como usos do solo, coberto vegetal, ocorrências de incêndios, condicionantes físicas (Henderson et al., 2006). Os fluxos dos caracteres estruturadores da paisagem podem liberar recursos, o que permitirá oportunidades de invasão, onde as EEI serão capazes de manter populações viáveis, dada as perturbações naturais e antropogênicas.

O Modelo Teórico da Invasão Biológica (Pysek et al., 1995; Rejmànek, 2011; Williamson, 1996; Richardson et al., 2006; Richardson & Pysek, 2011) define para o processo: 1. etapas (1. introduzindo-se; 2. estabelecendo-se; 3. tornando-se uma peste); 2. graus de risco das EEI (1. introduzida/importada, 2. estabelecida, 3. transformadora) e potencial invasor (alto, médio, baixo), 3. fases de estabelecimento (lenta, exponencial). As três etapas das invasões (introduzindo-se, estabelecendo-se, tornando-se uma peste) estão relacionadas ao tempo para colonização das EEI e determinam seus graus de risco. Na etapa (1) os padrões de concentração dos recursos e os efeitos topográficos serão determinantes na expansão das espécies, onde a estrutura da paisagem poderá facilitar a dispersão linear via corredores ripários do habitat ou vias de acesso (Oliveira-Costa, 2014) na etapa (2) os padrões de distribuição geográfica (alto, médio, baixo curso) serão determinantes para sobrevivência dos propágulos das EEI (Pereira & Figueiredo, 2015; Oliveira-Costa & Souza, 2015), podendo surgir uma segunda ordem de estabelecimento de populações, distante do local original da colonização e facilitada dado o grau de fragmentação dos ecossistemas; na etapa (3) a configuração do habitat (altitude, declive, exposição) poderá facilitar a reprodução sustentável das EEI (Oliveira-Costa & Souza, 2015), onde a combinação entre a estrutura da paisagem e a taxa de crescimento das populações poderão favorecer a propagação, alcançando um grau transformador, com impactos potencialmente irreversíveis.

O foco deste trabalho é uma análise espacio-temporal das mudanças no uso do solo, no geral, e uma avaliação da contribuição destas alterações para a ocorrência de invasões biológicas. A análise do uso do solo no passado e no presente é significativa para investigar três das principais questões da pesquisa: 1) compreensão dos locais onde as mudanças no uso do solo ocorreram; 2) avaliação das taxas destas mudanças; 3) relação entre as alterações no uso do solo e o histórico das invasões. A análise do uso do solo no presente é especialmente importante por revelar informações espaciais sobre a perda e/ou ganho de novas superfícies pelas EEI com a entrada/saída de elementos de risco. Procura-se caracterizar as invasões por Acácias Australianas na Bacia do Rio Arouce nos últimos 50 anos, fazendo a articulação entre informações da distribuição das espécies, história do uso do solo, e condicionantes físicas (figura 1), a fim de revelar e discutir as especificidades nas relações entre o processo da invasão e as condições ambientais.

A unidade de estudo, a Bacia do Rio Arouce (figura 2), possui área de 7.300 hectares, com topografia de cotas entre 54 metros (baixo curso) até 1200m (cabeceiras), com fraco declive no sector terminal e declive acentuado no sector intermédio (40°-50°). A cidade da Lousã compreende o centro da área de estudo e o epicentro das invasões. O principal solo é o cambissolo, com predominância de rochas de xistos e granitos da Serra da Lousã. Áreas residenciais e industriais distribuem-se pela planície sedimentar. Áreas rurais e áreas urbanas descontínuas distribuem-se pelas encostas do Vale do Arouce.

Uma paisagem apresenta-se sistematizada sob um mosaico de tipos diferenciados de uso e ocupação do solo, que estão passíveis de serem compartimentados em categorias de detalhe, que por sua vez podem ser agrupadas em unidades gerais. A categorização das opções de uso e ocupação do solo foi realizada de uma escala generalista para uma escala de detalhe, com um ‘nível 0’ (generalista) onde estão concentradas as classes Área social (AS), Área agrícola (AA), Área florestal (AF), e Área de inculto (AI); e ‘nível 1’ (detalhe) onde estão concentradas as classes Área social (As), Cultura de sequeiro (Ca), Cultura de regadio (Cr), Olival/Pomar (OlPm), Floresta de resinosas (Pn), Floresta de Eucaliptos (Ec), Floresta de outras folhosas (Fof), Incultos (In), e Acacial (Ac). Foram atribuídas 13 classes de uso do solo, sendo 9 categorias de detalhe concentradas em 4 unidades gerais (Tabela I). A sistematização proposta foi elaborada a partir das categorizações estabelecidas pelas cartografias disponíveis do uso do solo. A determinação desta classificação permitiu conhecer, a priori, as limitações e adequações impostas pela natureza e pelas atividades humanas, para o desenvolvimento de processos de invasões biológicas, e, consequentemente, dos graus do processo. As superfícies com espécies não nativas estão representadas pela classe dos Acaciais (Ac), que, por sua vez, estão relacionadas a presença/abundância das espécies, e podem representar ainda co-ocorrências com outras comunidades, destacando as faixas territoriais de comprometimento (alto-médio-baixo) à infestação/invasão por Acácias.

A elaboração dos mapas-base constou de duas fases. Na primeira, através da fotointerpretação, foi montada uma base para reconhecimento preliminar da área de estudo, sendo delineados canais de drenagem, vias de comunicação (estradas, linhas de alta tensão e corta fogo), a ocupação do solo e suas respectivas opções de uso: antrópicas (espaços urbanos, áreas industriais e áreas de culturas agrícolas), e naturais (áreas de florestas nativas, não nativas e zonas reflorestadas). Esta fase foi realizada antes da etapa de campo (segunda fase) tendo sido importante para a identificação das superfícies invadidas por espécies não nativas. Na segunda fase a área de estudo foi amplamente percorrida, para inspeção dos condicionantes da paisagem e graus das invasões. Percorreram-se os topos das montanhas nas áreas das cabeceiras do Rio Arouce, os vales secos intermitentes do setor intermédio da bacia e suas encostas, além dos barrancos e planícies no setor terminal, área da foz (Figuras 4, 5 e 6). Foi verificado que os vales e encostas formados pelas incisões de drenagem que erodiram as rochas do complexo xisto-grauváquico, apresentam densidade e cobertura siginificativa de plantas invasoras, nomeadamente Acácias, fato verificado sobretudo no setor intermédio da bacia. Por outro lado, os topos dos vales e as planícies de formações rochosas dos terrenos aluvionares, que não estão associadas diretamente ao acúmulo de sedimentos da Serra da Lousã, apresentam reduzida densidade de espécies invasoras.

O primeiro mapeamento de Acácias para a área de estudo, o mapa do SROA de 1978 (Atlas da Distribuição de Acácias e Eucaliptos, 1/50000), apresenta para a área do baixo Mondego (figura 7), Bacia do Rio Arouce incluída, povoamentos de Acácias do tipo disperso, apresentando a invasão nos primeiros estágios da escala temporal de análise. O mapa da distribuição de Acácias e Eucaliptos não faz discriminação entre as espécies, apenas são indicados os tipos de povoamentos, no qual se entende por povoamento disperso uma superfície em que o número de árvores é superior a 5 por hectare, mas não atinge número suficiente para constituir povoamento dominado. As áreas mínimas de representação no mapeamento do SROA são 20-25ha para povoamentos dominantes e estremes, e 90-100ha para povoamentos dominados. Por isso, embora tenham sido detectados alguns povoamentos do tipo dominantes, extremes e/ou dominados, só há visibilidade no mapa (figura 7) para o povoamento disperso, conspícuo na área de estudo. O registro permite aferir a baixa cobertura/densidade da superfície invadida em 1978, indicando como esteve caracterizado o contexto espacial da invasão nos primeiros estágios do recorte temporal considerado (1965-1978).

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4. Resultados

A aplicação da metodologia permitiu que as mudanças quantitativas no uso e ocupação do solo pudessem ser analisadas espacialmente. Nos parágrafos a seguir, são detalhadas as análises da evolução, das mudanças, e dos destinos dos usos do solo, descritos de acordo com a sistematização proposta na metodologia.

 

4.1. Análise espacial e quantitativa das mudanças no uso do solo

Os resultados da analise das mudanças nos usos do solo de 1965 para 2011 indicaram uma clara tendência de aumento das (i) áreas sociais (espaços urbanos contínuos, espaços urbanos descontínuos, áreas industriais, vias de comunicação), assim como das (ii) áreas com culturas arvenses de sequeiro, e para as (iii) áreas associadas à presença de espécies não nativas, nomeadamente Acácias (Gráfico I).

Quanto aos valores de decréscimo obtidos com as mudanças no uso do solo (Gráfico I), estes estiveram referidos sobretudo as (iv) áreas com Florestas de resinosas (Pinhais), (v) áreas com olival/vinha, e as (vi) áreas com culturas agrícolas de regadio, que diminuiram em aproximadamente 12% suas superfícies originais, de 1965 para 2011.

As mudanças nos usos do solo do tipo (vii) incultos de comunidades herbaceo-arbustivas e (viii) áreas de florestas com outras folhosas, permaneceram relativamente com o mesmo valor apresentado nos dois períodos de análise (Gráfico I). Entretanto, o baixo acréscimo verificado (em torno de 6%) não significa que estas opções de uso do solo tenham papel secundário no contexto da estrutura da paisagem local. Tanto os incultos como as áreas de florestas com outras folhosas foram e são representativos dos usos do solo com as maiores ocupações na área de estudo, tanto em 1965 como 2011.

Considerando as opções de uso do solo que tiveram acrescimos (áreas sociais, culturas arvenses de sequeiro, e áreas com acaciais), o desenvolvimento destes usos tem associação a causas específicas. As áreas sociais cresceram em 10% entre 1965 e 2011 (Tabela II), de 198,5ha para 972ha, em expansão relacionada ao volume das atividades antropogênicas, sobretudo no sentido de uma maior intensidade no aumento da densidade da rede viária e das vias de comunicação (abertura de estradas e de linhas de alta tensão), contemplando tanto os espaços urbanos contínuos como os espaços urbanos descontínuos (áreas rurais). Essa associação, do aumento das áreas sociais com uma maior densidade da rede viária, foi aferida em campo onde constatou-se uma expansão conspícua das vias de comunicação de norte a sul na área de estudo.

A área das culturas arvenses de sequeiro teve aumento de aproximadamente 10% para 2011 (Tabela II), de 205ha para 937,7ha de superfície ocupada, caracterizando uma situação excecional dentro do contexto regional, já que a tendência em Portugal é de decréscimo das culturas tradicionais (Nunes et al., 2010, 2011). Essa expansão pode estar relacionada ao caráter extensivo desse uso, e a importância da extensividade das culturas agrícolas arvenses na escala local da área de estudo.

As áreas com presença de espécies não nativas, que possuiam em torno de 55ha (0,7%) em 1965 (Tabela II), tiveram um desenvolvimento surpreendente, expandindo-se para aproximadamente 937ha (13%) (Tabela II), muito sob reflexo dos resultados das mudanças nos demais tipos de uso do solo: (i) aumento das áreas sociais com expansão da densidade viária (fator determinante na condução de processos de invasão biológica), (ii) diminuição do coberto vegetal com florestas de resinosas (decréscimo dos espaços com componentes vegetais que competem espaço com as comunidades não nativas), (iii) expansão das áreas abandonadas ou incultos de comunidades hebáceo-arbustivas (áreas significativamente vulneráveis à invasão por espécies não nativas). Nos parágrafos seguintes, a análise segue em escala de detalhe, com foco nas mudanças nas áreas com presença de Acácias, e suas relações com o meio físico e os incêndios.

4.2. Análise espacial e quantitativa das invasões biológicas

Mais específico no âmbito das mudanças nas invasões por espécies não nativas, a presente análise tem recorte espacial restrito, focalizando os espaços invadidos por espécies de Acácia na área de estudo, examinando a relação das mudanças no uso do solo e os condicionantes físicos, com o histórico das invasões locais.

4.2.1. Contexto 1: uso do solo/invasão em 1965

Selecionando o contexto 1 (uso do solo/invasão em 1965), é apresentada uma paisagem com baixo grau de infestação das espécies e densidade/cobertura da superfície invadida, com indicação de indivíduos isolados e pequenas áreas invadidas (figura 8). Em 1965 as Acácias já estavam instaladas, com indicações de pequenas manchas sobretudo nas altitudes médias da bacia (400m-700m) (figura 8), áreas de pronunciado declive (48°), com disponibilidade de água (200mm), e presença de cambissolos espessos com xistos e granitos, e uso do solo predominantemente de formações florestais monoespecíficas (Floresta de resinosas) (figura 8). O evento de 1965 certamente marcou a passagem da fase lenta para a fase exponencial da invasão, tendo iniciado há aproximadamente 100 anos, e por influência de estímulos, deu início a severa destruição da área dos Pinhais no setor intermédio da bacia, com posterior ocupação desse solo por Acaciais.

As mudanças nas invasões de 1965 para 2011 mostram um aumento da presença de espécies de Acácia principalmente nos setores intermédio e terminal da área de estudo. Adicionalmente, o decréscimo verificado para as áreas de Florestas de resinosas parece ter associação como o aumento das invasões nestes setores da bacia, pois quando verificado os destinos das superfícies invadidas entre 1965-2011 (Tabela III), observa-se que os maiores valores são da expansão da invasão para as áreas que no passado (1965) pertenciam aos (i) Pinhais (nomeadamente setor intermédio) (Tabela III). A expansão se deu sobretudo do setor da distribuição matriz das Acácias (setor intermédio), rumo ao setor mais baixo topograficamente (setor terminal). Ainda, as mudanças também mostram expansão da invasão para espaços que em 1965 eram cobertos por (ii) Incultos, bem como por (iii) Culturas de olivais/pomares (Tabela III). Apresentam-se assim os três usos com as maiores taxas de perda de superfícies originais para espécies invasoras: (i) Floresta de resinosas, (ii) Incultos e (iii) Culturas de olivais/pomares.

Quanto ao setor cabeceiras, porção espacial mais elevada topograficamente da área da Bacia Hidrográfica do Rio Arouce, um contexto de invasão discrepante do padrão observado à escala da bacia é conspícuo. Nesse setor, dominado especialmente por incultos de comunidades herbáceas e arbustivas, distribuem-se indivíduos isolados e esporáricas manchas de espécies não nativas entre as comunidades naturais. A presença de indivíduos isolados e pequenas áreas de Acácias pode estar relacionada à ocorrência de incêndios nas cabeceiras, com registro de episódios de fogo entre 1990 e 1999 (figura 10), e atividades de lazer off-road, como cycling e motocross, praticadas na área.

Em consonância com a teoria da invasão (Lockwood, 2007; Henderson et al., 2006; Vitousek et al., 1997; Williamson, 1996), as mudanças nos usos do solo, combinado a topografia, a exposição, a declividade, o substrato geológico, o balanço climático, a diversidade biótica, os incêndios, e a gravidade, oportunizam estímulos à expansão da invasão por espécies não nativas na bacia hidrográfica em estudo (Tabela IV).

Os resultados dessa análise mostraram dois diferentes contextos: o desenvolvimento do uso do solo e invasões em 1965/o desenvolvimento do uso do solo e invasões em 2011. Em ambos os contextos, uma inclinação à invasão foi detectada, entretanto a natureza dos fatores determinantes em cada recorte temporal foi diferente, o que permitiu a identificação de dois contextos da invasão biológica. Na Tabela V, a natureza dos fatores determinantes como estímulo à expansão das invasões é explicada através da análise dos destinos dos usos do solo segundo o recorte temporal considerado (1965-2011). Na sequencia, serão salientados os principais resultados obtidos, integrando-os no contexto de outras referências bibliográficas que abordam a teoria em foco.

O contexto do uso do solo em 1965 sofreu com decréscimos nas áreas florestais, sobretudo de Florestas de resinosas (Pinhais), e nas culturas agrícolas, como as culturas de regadio, em oposição ao aumento das superfícies com espécies não nativas, nomeadamente Acácias, e das áreas com culturas tradicionais, como a cultura de sequeiro (Tabela V). No caso das áreas sociais, houve uma evolução positiva de 13% na área da Bacia do Rio Arouce (Tabela V). Os dados sobre os destinos desse uso mostram que os atuais 972ha pertenciam em 1965 sobretudo a culturas agrícolas de regadio e culturas de olivais/pomares (Tabela V). Foram obtidos valores representativos no âmbito da evolução das áreas com culturas de sequeiro (Tabela V), como um dos usos do solo que tiveram maior desenvolvimento na área de estudo. Os destinos desse uso mostram que seu domínio atual contemplava em 1965 áreas com culturas de regadio e culturas de olivais/pomares (Tabela V). Desse modo, as duas das mais significativas mudanças no uso do solo que ocorreram na área de estudo, indicam substituição de áreas agrícolas de regadio e olivais/pomares por áreas sociais e culturas arvenses.

Em contraste com o contexto anterior, o contexto do uso do solo de 2011 apresentou um significativo acréscimo da superfície invadida por espécies não nativas, ocupando áreas que no contexto de 1965 pertenciam sobretudo a espaços com Florestas de resinosas (Tabela V). Esse significativo acréscimo da superfície invadida é resultado do aumento nas atividades humanas, que tiveram espaços sociais e agrícolas acrescidos consideravelmente. Mesmo com diminuição das áreas de regadio (Tabela V), se verificou em 2011 culturas tradicionais (nomeadamente a cultura arvense de sequeiro) distribuindo-se especialmente pelo setor intermédio da bacia e à jusante próximo à foz. Em oposição a diminuição das áreas com regadio, houve aumento nas áreas sociais e florestais, sobretudo com espécies não nativas. A análise sequencial do destino dos usos do solo indicou variação significativa ao nível da ocupação, com redução das áreas agrícolas e das áreas com florestas de resinosas (Tabela V), em oposição ao desenvolvimento significativo das áreas com acaciais, das áreas sociais e dos incultos (Tabela V), embora tenha havido ligeiro acréscimo nas áreas de florestas de folhosas (carvalhais e castanheiros), e acréscimo significativo nas culturas de sequeiro.

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