Análise multidimensional dos componentes edáfico e arbóreo em sistemas integrados de produção

dc.contributor.advisor-co1Bernardi, Alberto Carlos de Campos
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5588269274851789
dc.contributor.advisor1Tanaka, Marcel Okamoto
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2768658925977757
dc.contributor.authorFernandes, Pedro Henrique de Godoy
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/5104545255226893
dc.date.accessioned2025-08-06T11:43:14Z
dc.date.issued2025-03-28
dc.description.abstractThe increasing global demand for food drives deforestation of natural areas, converting them into agricultural and livestock production systems, thereby increasing greenhouse gas (GHG) emissions and accelerating ongoing climate change. Therefore, production models that reconcile food production with environmental conservation need to be implemented. This study evaluated integrated crop-livestock-forestry (ICLF) and livestock-forestry (ILF) systems, as well as forest restoration, as land use strategies to improve improve soil chemical and physical parameters and mitigate GHG emissions. Additionally, a methodology for monitoring forest metrics through remote sensing was assessed. The first chapter evaluated the physical and chemical attributes of soil in ICLF, ILF, forest restoration, degraded pasture, and forest remnants. We observed that systems incorporating a tree component improved soil quality by increasing organic matter (OM), cation exchange capacity (CEC), carbon content (C), and reducing soil bulk density. In the second chapter, we analyzed forest structure, as well as soil and aboveground biomass (AGB) carbon stocks, in areas under ICLF, ILF, forest restoration, and forest remnants. Integrated systems exhibited larger trees with lower stratification, whereas restoration and forest remnants showed higher tree density, greater stratification, and higher basal area. AGB C stocks were similar across areas, except for ICLF-N and ICLF-G. Forest remnants and ILF systems had the highest soil carbon stocks. Total C stocks were comparable among ILF, restoration, and forest remnants, with approximately 60% stored in the soil and 40% in AGB. The third chapter involved the validation of remotely piloted aircraft (RPA) and digital aerial photogrammetry (DAP) for estimating forest metrics. Field data on diameter at breast height (DBH), tree height, basal area, tree density, and AGB were compared with three-dimensional models generated from orthomosaics and point clouds, using multiple linear regression models. After model selection, we spatialized the variables of interest across the entire study area. The digital terrain model accurately represented the area's topography, contributing to model quality. The predictive model for DBH showed the lowest R² along with the lowest RMSE, while the height model performed slightly better. Basal area and tree density yielded similar results. The predictive model for AGB demonstrated satisfactory R² and RMSE values for estimating AGB and forest metrics. Therefore, integrated production systems contribute to soil quality and C stocks. Systems such as ICLF and ILF, along with forest restoration, are capable of sequestering amounts of C from AGB comparable to those in forest remnants, making them effective strategies for GHG’s emission mitigation. Lastly, we found that DAP-related methods can be applied in integrated production systems, facilitating better access to carbon stock estimates and monitoring for rural producers.eng
dc.description.resumoO aumento da demanda por alimentos pela população mundial fomenta o desmatamento de áreas naturais, convertendo-as em produção agropecuária, elevando as emissões de gases do efeito estufa (GEE’s) e catalisando as mudanças climáticas já em curso. Portanto, modelos de produção que conciliem a produção de alimentos com a conservação ambiental necessitam ser aplicados. O presente estudo avaliou sistemas de integração lavoura-pecuária-floresta (ILPF), integração pecuária-floresta (IPF) e restauro florestal, como estratégias de uso do solo voltadas a melhorias dos parâmetros químicos e físicos do solo, bem como a mitigação de emissões de GEE’s. Avaliou-se também metodologia para monitoramento de métricas florestais por sensoriamento remoto. O primeiro capítulo avaliou os atributos físicos e químicos do solo em ILPF, IPF, restauro florestal, pasto degradado e remanescente florestal. Verificamos que os sistemas que possuem o componente arbóreo apresentaram melhora na qualidade do solo, promovendo o aumento de matéria orgânica (MO), capacidade de troca catiônica (CTC), teor de carbono (C) e redução da densidade. No segundo capítulo analisamos a estrutura florestal, o estoque de carbono no solo e acima do solo (AGB), em áreas de ILPF, IPF, restauro e remanescente florestal. Os sistemas integrados apresentaram maiores árvores e menor estratificação, enquanto o restauro e remanescente florestal apresentaram maior densidade de indivíduos, estratificação e área basal. O estoque de C da AGB foi similar entre as áreas, exceto pelo ILPF-N e ILPF-G. O remanescente florestal e IPF apresentaram os maiores estoques de carbono no solo. O estoque de C total foi semelhante entre o IPF, restauro e remanescente florestal, composto geralmente por 60% do solo e 40% da AGB. O terceiro capítulo compreendeu a validação do uso de aeronaves remotamente pilotadas (RPA) e fotogrametria aérea digital (FAD) na estimativa de métricas florestais. Os dados obtidos em campo de diâmetro à altura do peito (DAP), altura, área basal, densidade de indivíduos e AGB foram comparados com modelos tridimensionais gerados a partir de ortomosaicos e nuvem de pontos, através de modelos de regressão linear múltipla. Após a seleção dos modelos, espacializamos as variáveis de interesse para toda a área de estudo. O modelo digital de terreno representou fidedignamente a realidade topográfica da área de estudo, contribuindo para a qualidade dos modelos de regressão. O modelo preditivo de DAP apresentou menor R², concomitante com menor RMSE, enquanto o de altura foi discretamente melhor. Já a área basal e densidade de indivíduos apresentaram resultados próximos. O modelo preditivo da AGB apresentou R² e RMSE satisfatórios para estimar a AGB e as métricas florestais. Portanto, sistemas integrados de produção contribuem para a qualidade e estoques de C do solo. Sistemas como ILPF e IPF, bem como restauro florestal, são capazes de reter quantias equivalentes de C oriundo da AGB quando comparados ao remanescente florestal, sendo ótimas estratégias para mitigação da emissão de GEE’s. Por fim, verificamos que os métodos relacionados à FAD podem ser utilizados em sistemas integrados de produção, contribuindo para que os produtores rurais tenham melhor acesso às estimativas e monitoramento dos estoques de carbono.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.identifier.citationFERNANDES, Pedro Henrique de Godoy. Análise multidimensional dos componentes edáfico e arbóreo em sistemas integrados de produção. 2025. Tese (Doutorado em Ciências Ambientais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22530.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22530
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciências Ambientais - PPGCAm
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
dc.subjectSolo
dc.subjectBiomassa
dc.subjectCarbono
dc.subjectSensoriamento remoto
dc.subjectSistemas integrados
dc.subject.cnpqCIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO::MANEJO E CONSERVACAO DO SOLO
dc.subject.cnpqCIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL
dc.subject.cnpqCIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL::MANEJO FLORESTAL::DENDROMETRIA E INVENTARIO FLORESTAL
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOFISICA::SENSORIAMENTO REMOTO
dc.titleAnálise multidimensional dos componentes edáfico e arbóreo em sistemas integrados de produção
dc.title.alternativeMultidimensional analysis of edaphic and arboreal components in integrated production systemseng
dc.typeTese

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