Efeito da regeneração natural na dinâmica hidrológica em uma floresta tropical nebular

Abstract

Resumo: O efeito da cobertura vegetal sobre o funcionamento hidrológico de bacias hidrográficas têm sido objeto de estudo e de debates há décadas. Apesar de existir um certo consenso sobre os conhecimentos já adquiridos em hidrologia florestal, ainda existem muitas lacunas a serem esclarecidas. Uma dessas lacunas consiste no efeito hidrológico da regeneração de Florestas Tropicais Nebulares Montana (TMCF). Essas florestas caracterizam-se pela presença frequente de nevoeiros no nível da vegetação e possuem grande importância para o fornecimento de água, pois, devido às condições climáticas a que estão expostas apresentam baixa evapotranspiração e entrada adicional de água via interceptação de nevoeiros. Nesse contexto, nosso principal objetivo foi analisar os dados do monitoramento hidrológico de três microbacias situadas em uma TMCF na costa Atlântica do Brasil, sob a ótica das mudanças que ocorreram naturalmente na cobertura florestal durante o período de monitoramento, de modo a compreender como alterações na vegetação e o clima influenciaram as variáveis hidrológicas. Consideramos a hipótese de que a regeneração natural dessas florestas promove um aumento na produção de água das microbacias e que os efeitos hidrológicos promovidos por mudanças na cobertura florestal são mais pronunciados durante a estação seca. Para isso, no primeiro capítulo desse manuscrito estabelecemos uma metodologia para seleção de imagens e classificação dos estágios sucessionais em área de TMCF a partir de imagens Landsat 5 TM. Com base na metodologia desenvolvida, no segundo capítulo reconstruímos o histórico da dinâmica da cobertura florestal das três microbacias para o período de 1984 a 2011 e, em seguida, utilizamos essa informação em conjunto com variáveis hidro-climáticas para avaliação da influência sobre o comportamento hidrológico das microbacias. Nossos resultados mostraram que o aumento da cobertura de TMCF foi fundamental para o aumento da produção de água. Esse padrão foi evidente na microbacia onde houve um aumento de aproximadamente 20% da cobertura florestal. Nas microbacias em que durante o período de monitoramento não houve aumento da cobertura florestal ou que o aumento foi de apenas 3,88%, a produção de água e o caminho dos fluxos foram determinados por variáveis hidroclimáticas, como a temperatura e a precipitação. O efeito de redução da produção de água conforme o aumento da temperatura média, lança luz sobre possíveis consequências das mudanças climáticas sobre serviços ecossistêmicos produzidos em ambientes nebulares. Em escala sazonal, concluímos que o aumento na produção de água ocasionado pelo aumento da cobertura florestal é mais pronunciado durante o período com menores volumes de precipitação. Desse modo, a interceptação de nevoeiros e a redução das perdas evapotranspirativas por eles proporcionada podem ser fundamentais para o fornecimento estável de água à jusante durante o período mais seco do ano. Conforme os resultados, recomendamos que regiões frequentemente afetadas por nevoeiros sejam consideradas prioritárias para ações de restauração ou conservação florestal cujo objetivo seja o aumento na produção de água. Para que os efeitos das intervenções sejam perceptíveis, as mesmas devem assegurar o aumento e/ou desenvolvimento sucessional da cobertura florestal em, no mínimo, 20% da área da bacia hidrográfica. Palavras-chave: Hidrologia Florestal. Classificação da vegetação. Balanço Hídrico. Nevoeiros. Regeneração natural.

Abstract: The effect of vegetation cover on the hydrological functioning of microcatchments has been studied and debated for decades. Although there is some consensus on the knowledge already acquired in forest hydrology, there are still many gaps to be clarified. One of these gaps consists in the hydrological effect of the Tropical Montane Cloud Forests (TMCF) regeneration. These forests are characterized by the frequent presence of fog at the vegetation level and are of great importance for the water supply. The climatic conditions to which they are exposed promote low evapotranspiration and additional water intake through fog interception. Aiming to better understand how climate and forest cover variation affects hydrological dynamics in a local scale, we analyzed data from long-term hidrological monitoring of three microcatchments of TMCF at the Atlantic coast of Brazil. We hypothesized that (1) natural regeneration of TMCF promotes an increase in the water production of the microcatchments; and (2) that the effects of forest cover changes at hydrological dynamics of microcatchements are more pronounced during the dry season than on wet season. To test our hypothesis, in the first chapter of this manuscript we developed a methodology for selecting images and classifying the successional stages in TMCF area from Landsat 5 TM images. Based on this methodology, in the second chapter we reconstructed forest cover expansion of the three microcatchments between the period of 1984 to 2011. We then modeled the effects of forest cover and hydro-climatic variables on hydrological dynamics of microcatchments. We found an increase of water yield associated to the expansion of TMCF coverage. This pattern was evident in the microcatchment where there was an increase of approximately 20% of the forest cover. For microcatchments that had little (3.88%) to no (0%) increase in forest cover during the monitoring period, water yield and flow path were explained by hydroclimatic variables such as temperature and precipitation. Water yeild was negative related to temperature, and the decrease of water yield with the average temperature increases sheds light on the possible consequences of climate change on ecosystem services produced in nebular environments. At seasonal scale, we conclude that the increase in water yield related toforest cover expansion were more pronounced during dry season due lower precipitation volumes. Thus, the fog interception and the reduction on the evapotranspiratory losses that TMCF provide may be critical to maintain water supply stability downstream during the driest period of the year. According to our results, we recommend that, for incrasing water yield, regions frequently affected by fog be considered as priorities for forest conservation and/or restoration actions; and projects should ensure at least 20% of the microcatchment area for forest cover succession. Keywords: Forest Hydrology. Classification of vegetation. Hydric balance. Fogs. Natural regeneration.