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Usando o SIG para investigar florestas urbanas
 
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Usando o SIG para investigar florestas urbanas

Overview

Fonte: Laboratórios de Margaret Workman e Kimberly Frye - Universidade Depaul

As florestas urbanas incluem parques urbanos, árvores de rua, avenidas paisagísticas, jardins públicos, passeios fluviais e costeiros, vias verdes, corredores fluviais, pântanos, preservações naturais, áreas naturais, abrigos de árvores e árvores de trabalho em locais industriais de brownfield. A história das árvores urbanas começa com árvores como embelezamento paisagístico. Hoje, as árvores urbanas são vistas como componentes essenciais da infraestrutura urbana e críticas à vida humana como alimentos, moradias e outros serviços públicos. As árvores urbanas são agora valorizadas pelos serviços ecossistêmicos que prestam (por exemplo, prevenindo erosão, remoção de poluentes atmosféricos, oxigênio, sombra, etc.). No entanto, para fazer uso eficiente desses benefícios, as árvores devem atingir a maturidade, pois o número e o tamanho das folhas afetam diretamente a capacidade de uma árvore de fornecer serviços ecossistêmicos. A silvicultura urbana teve que desenvolver seus próprios métodos florestais para atender às necessidades e desafios exclusivos das árvores urbanas em comparação com suas contrapartes florestais.

O seguinte trecho do Serviço Florestal do USDA ilustra a perspectiva e as políticas de árvores urbanas do governo federal:

As florestas urbanas são ecossistemas dinâmicos que fornecem serviços ambientais necessários, limpando ar e água, ajudando a controlar as águas pluvais e conservando energia. Eles adicionam forma, estrutura, beleza e espaço de respiração ao design urbano, reduzem o ruído, usam separadamente incompatíveis, fornecem lugares para recriar, fortalecer a coesão social, alavancar a revitalização da comunidade e agregar valor econômico às nossas comunidades... Este sistema natural de suporte à vida sustenta ar e água limpos, biodiversidade, habitat, ninhos e corredores de viagem para a vida selvagem, e conecta as pessoas à natureza.

O manejo de árvores urbanas é uma prática interdisciplinar que envolve arquitetura, paisagismo, planejamento, desenvolvimento, horticultura, etc. Uma disciplina particular envolvida na silvicultura é a geografia, especialmente através do uso de sistemas de informação geográfica (SIG). GIS é um nome amplo que abrange qualquer tipo de banco de dados que contenha dados geográficos ou espaciais que possam ser usados para criar representações visuais geradas por computador (por exemplo,mapas). O GIS permite uma ampla coleta e gerenciamento de dados por meio de interfaces de usuário cada vez melhores, aumentando a qualidade amigável do usuário de conjuntos muito grandes de informações que podem ser acessadas por muitos usuários. Os aplicativos GIS variam de software livre e protocolos de acesso aberto, como o Google Earth, a sistemas proprietários, como o ESRI ArcGIS. O uso do SIG para criar e armazenar informações geográficas também permite uma fácil manutenção de dados, pois os mapas podem ser rapidamente atualizados adicionando novas informações ao banco de dados e regenerando a saída visual.

Principles

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Uma pesquisa de árvores florestais urbanas é realizada utilizando árvores de parque plantadas entre calçadas e meios-fios. Os dados são coletados por bloco da cidade, espécies de registro, condição de saúde, localização, uso do terra e diâmetro na altura da mama (dbh) para cada árvore pesquisada.

A condição da árvore é observacional e baseada em avaliações visuais de seis categorias: condição do tronco (falta de casca e decadência), taxa de crescimento (alongamento do galho e duração do crescimento do ano atual), estrutura (membros mortos), insetos e doenças, desenvolvimento da coroa (aparência equilibrada de galhos, folhas e estruturas reprodutivas) e expectativa de vida. Cada categoria possui um sistema de classificação baseado na quantidade de características de árvores insalubres somadas para um escore geral de condição, o que corresponde a uma medição categórica de excelente, muito bom, bom, justo, pobre e muito ruim.

A localização é registrada por endereço postal e por meio de coordenadas geodésicas para longitude e latitude. Um receptor GPS é usado para determinar locais geodésicos com base em dados de satélite transmitidos ao receptor na localização de cada árvore.

Para quantificar os benefícios da floresta urbana ao seu redor, os dados são inseridos em uma Calculadora Nacional de Benefícios de Árvores (facilmente encontrada on-line e livre de uso) para determinar o valor em dólar dos benefícios ambientais e estéticos anuais: conservação de energia, melhoria da qualidade do ar, redução de CO2, controle de águas plumosinais e valor patrimonial de cada árvore.

Os dados também são inseridos em um Sistema de Informações Geográficas (SIG) para análise estatística espacial e geoespacial das características das árvores pesquisadas.

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Procedure

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1. Coleta de dados com receptor GPS e fita dbh

  1. Em um local aberto ao ar livre, ligue o receptor GPS pressionando o botão de alimentação. Aguarde 2-3 min enquanto o receptor se conecta a um mínimo de três satélites.
  2. Caminhe até a área de pesquisa para coleta de dados. Pesquise um segmento de blocos da cidade de cada vez e número as árvores da parkway em uma ficha técnica(Figura 1),redefinindo a numeração no início de cada segmento de bloco.
  3. Em cada árvore do levantamento, registram espécies, endereço postal (por exemplo,1253 W. Lill) e coordenadas geodésicas (longitude/latitude) fornecidas pelo receptor GPS(Figura 1). Certifique-se de que as coordenadas geodésicas sejam coletadas da mesma direção em cada árvore (por exemplo,lado norte de cada árvore).
  4. Meça o diâmetro de cada árvore a 4,5 metros acima do solo e regissuça o diâmetro na altura da mama (dbh).
  5. Observe cada condição de árvore estimando e pontuando visualmente de acordo com os critérios(Tabela 1). Soma os pontos para uma pontuação geral para cada árvore e atribua cada árvore às categorias de saúde correspondentes. Registo de saúde na ficha técnica.

2. Inserir dados em um SIG

  1. GIS usando o Google Earth: digite as coordenadas da árvore e salve-as na pasta "Meus lugares" usando o recurso "Add Placemark". Nomeie cada árvore pelo nome da espécie. Uma vez que todos os pontos de dados da árvore sejam salvos como marcadores de lugar, clique com o botão direito do mouse no nome Meus lugares, selecione "Salvar como" e salve em qualquer local.
  2. GIS utilizando ESRI ArcGIS 10.2: Importar para ArcGIS, certifique-se de que todas as guias de coluna não tenham espaços; quaisquer espaços devem ser substituídos por sublinhados. Se as coordenadas estiverem em latitude/longitude, devem estar em formato de termos decimais (DD) antes de importar para ArcGIS. Os locais em graus, minutos e segundos (DMS) ou formato de minutos decimais (DM) devem ser convertidos primeiro em DD. Há conversores disponíveis na internet (http://www.fcc.gov/encyclopedia/degrees-minutes-seconds-tofrom-decimal-degrees).
  3. Salvar/exportar os dados como um arquivo de texto delimitado por vírgula (formato CSV).
  4. Crie uma "camada" adicionando o arquivo .csv ao ArcMap usando a ferramenta Adicionar dados, expandindo o submenu em Arquivo> Adicionar dados ou clicando na ferramenta Adicionar dados na barra de ferramentas Padrão (Figura 2).
  5. Clique com o botão direito do mouse na nova camada e escolha Exibir dados XY. Certifique-se de que os campos X e Y foram selecionados corretamente pelo ArcMap – eles devem estar certos se os nomes escolhidos refletirem as posições coordenadas (norte e leste ou x e y).
  6. Clique na Edição... botão, em seguida, Selecione ... para selecionar o sistema de coordenadas para os pontos, Adicionar... e OK (3x). O sistema de coordenadas correto a ser utilizado pode ser obtido a partir da unidade GPS (sob configuração do mapa ou unidades). Para esses dados, selecione Coordinate Systems > Geographic Coordinate Systems > World > WGS1984.prj (datum GPS padrão).
  7. Agora deve haver uma camada de ponto na parte superior da Tabela de Conteúdo com o mesmo nome do arquivo .csv e a palavra Eventos na extremidade do nome(Figura 3). Este é um "tema de evento" e é uma camada temporária. Para obter uma cópia mais permanente, clique com o botão direito do mouse na camada e escolha Dados > Dados de Exportação... Escolha um local de saída — uma classe de recurso geodados ou um diretório para um arquivo de forma — e digite um nome de arquivo. Altere o nome do "Export_Output" padrão para Urban_Forestry_Survey. Clique ok.

3. Calculadora nacional de benefícios de árvores

  1. Usando este software, os benefícios das árvores do lado da rua podem ser calculados. Isso inclui os benefícios anuais de uma árvore para o gerenciamento de águas pluestiais, valor da propriedade, eficiência energética e sequestro de carbono. Veja o vídeo Identificação da árvore: Como usar uma chave dicotótica para obter instruções sobre o uso da Calculadora de Benefícios da Árvore.

Figure 1
Figura 1. Os resultados representativos para árvores de rua encontraram um quarteirão.

Figure 2
Figura 2. A ferramenta Adicionar dados na barra de ferramentas Padrão.

Figure 3a
Figura 3. Camada de ponto na parte superior da tabela de conteúdo com o mesmo nome do arquivo CSV.

Condição do tronco
Som e sólido
Seções de casca faltando
Decadência extensiva e oca
Pontuação da condição
5
3
1
Taxa de Crescimento (considere espécies)
Alongamento de galho de mais de 6"
Alongamento de galho de 2-6"
Alongamento de galho inferior a 2"

3
2
1
Estrutura
Som
Um major/vários membros menores mortos, quebrados, desaparecidos
2 ou mais membros principais mortos, quebrados, desaparecidos

5
3
1
Inseto & Doença
Sem pragas presentes
1 praga presente
2 ou mais pragas presentes

3
2
1
Desenvolvimento da Coroa
Full & Balanced
Completo, mas desequilibrado
Desequilibrado e sem uma coroa completa

5
3
1
Esperança de vida
Mais de 30 anos
15-20 anos
Menos de 5

5
3
1
Classe condição:

Excelente: 26-23
Bom: 22-19
Feira: 18-14
Pobre: 13-10
Muito pobre: 9-6

Mesa 1.  Uma tabela para calcular a classe condição de uma árvore. Cada escore de condição se correlaciona com sua descrição em cada categoria, então todas as seis pontuações são somadas para uma soma final – a classe condição.

As florestas urbanas são recursos valiosos e requerem cuidados e manejo para garantir sua saúde. A distribuição de árvores, sua condição e a escala e forma das florestas urbanas podem ser mapeadas usando o SOFTWARE SIG, ou Sistema de Informações Geográficas.

Árvores em áreas urbanas podem variar de árvores de rua simples a avenidas paisagísticas, greenways, jardins públicos ou aquelas em locais industriais de brownfield. Juntas, essas florestas urbanas são componentes essenciais da infraestrutura urbana. A silvicultura urbana utiliza novos métodos para atender às necessidades e desafios exclusivos das árvores urbanas.

Florestas urbanas preenchem valiosos nichos ambientais, atuando para limpar o ar e a água, controlar as águas pluvais, prevenir a erosão, reduzir o ruído e conservar energia. Além disso, as florestas urbanas podem fornecer habitats importantes para os animais, fornecer abrigo para ninhos ou atuar como corredores de viagem para a vida selvagem. Seu valor também pode ser social, conectando os habitantes urbanos à natureza, melhorando a arquitetura e proporcionando oportunidades educacionais para aprender sobre a natureza.

A estrutura, a diversidade e o valor ecológico resultante das florestas urbanas podem ser quantificados por meio de SIG, ou Sistemas de Informação Geográfica, software. O SIG permite uma ampla coleta e gestão de dados, que é uma estrutura ideal para a compilação de dados florestais urbanos. O SIG permite que os usuários combinem dados geográficos e de pesquisa de árvores para produzir mapas precisos das florestas urbanas.

Este vídeo ilustrará o processo de coleta de dados de pesquisa de árvores, incorporando esses dados em uma plataforma GIS e avaliando o valor ambiental das árvores de interesse.

Pesquisas florestais urbanas podem ser realizadas em diversos locais. Comumente, árvores de parkway plantadas entre calçadas e meios-fios são registradas. Os dados são tipicamente coletados pelo bloco da cidade, e registram localização de árvores, espécies, saúde, uso da terra e diâmetro na altura da mama, ou DBH.

A condição da árvore é uma avaliação visual baseada em seis categorias. Trata-se de condição do tronco, que leva em conta fatores como falta de casca ou decadência; taxa de crescimento, examinando o alongamento do galho e o comprimento do crescimento do ano atual; e estrutura, tomando nota de membros mortos ou quebrados. Insetos e doenças são notados; desenvolvimento da coroa, que avalia árvores para uma aparência equilibrada de galhos, folhas e estruturas reprodutivas; e, finalmente, a expectativa de vida, com base na expectativa de vida da espécie, menos os danos presentes.

Cada categoria carrega um sistema de classificação, baseado na quantidade de características de árvores insalubres somadas, que juntas dão uma pontuação geral de condição para uma árvore. Isso pode ser atribuído a uma medida categórica de saúde das árvores que vai de excelente para baixo até muito bom, bom, justo, pobre, até muito pobre.

Um receptor GPS, que usa posicionamento via satélite transmitido para o aparelho permite ao usuário gravar coordenadas geodésicas de latitude e longitude. A localização também é anotada por endereço postal. Uma vez coletados, os dados podem ser inseridos em um programa de software GIS, que permite análise estatística espacial e geoespacial de árvores e características das árvores. Existem vários desses programas disponíveis, incluindo ArcGIS ou Google Earth.

A National Tree Benefits Calculator é uma ferramenta gratuita de software on-line que é usada para fornecer uma estimativa econômica dos benefícios monetários fornecidos por árvores urbanas e suburbanas. Aqui, os usuários podem selecionar sua região de pesquisa e escolher entre uma lista de árvores nessa área. Inserir alguns detalhes simples, incluindo diâmetro do tronco de árvore e tipo de uso da terra, dará uma estimativa do valor da árvore em várias áreas-chave, incluindo valor da propriedade, qualidade do ar e controle de águas pluterais.

Agora que estamos familiarizados com o conceito de pesquisas florestais urbanas e os princípios por trás deles, vamos dar uma olhada em como elas são realizadas no campo.

Para iniciar a pesquisa, selecione um local ao ar livre adequado e ligue o receptor GPS. Espere que ele se conecte aos satélites e detecte a localização. Prossiga para o início da área de pesquisa selecionada para coleta de dados. Vistoriar um segmento de blocos da cidade de cada vez. Em cada árvore encontrada, registou a espécie usando o vídeo desta coleção sobre identificação de árvores. Também registo a longitude e a latitude fornecidas pelo receptor GPS e endereço postal.

Em seguida, meça o diâmetro de cada árvore a 4,5 pés acima do solo, que é tomado como o diâmetro na altura da mama, ou DBH. Atribua a cada árvore um número, redefinindo a numeração no início de cada segmento de bloco.

Observe a condição de cada árvore estimando e pontuando visualmente de acordo com os critérios apresentados na tabela mostrada. Soma os pontos para obter uma pontuação geral para cada árvore, e atribuir cada uma uma categoria de saúde correspondente.

Dois programas que podem ser usados para compilar dados GIS são o Google Earth ou o ArcGIS. Usando esses programas, as árvores podem ser marcadas individualmente ou suas coordenadas foram cumpridas em um único arquivo e carregadas.

Para usar o programa Google Earth GIS, digite as coordenadas da árvore e selecione nova marca de lugar, usando o recurso "Add Placemark". Nomeie cada árvore pelo nome da espécie e, uma vez salvos todos os pontos de dados das árvores como marcas de lugar, clique com o botão direito do mouse no rótulo "Meus lugares", selecione "Salvar como", e salve em qualquer local.

Para usar o programa ArcGIS, ao importar dados, todos os títulos de coluna estão livres de espaços. Sublinhados podem ser usados em vez disso. Se as coordenadas estiverem em formato de latitude e longitude, elas devem ser convertidas em formato de graus decimais antes da importação para ArcGIS.

Salve os dados como um arquivo CSV delimitado por vírgula. Em seguida, crie uma camada adicionando o arquivo CSV ao ArcMap usando a ferramenta Adicionar dados, em Arquivo: Adicionar dados ou clicando na ferramenta "Adicionar dados" na barra de ferramentas padrão.

Clique com o botão direito do mouse na nova camada e escolha "Exibir dados XY". Certifique-se de que os campos X, ou longitude, e Y, ou latitude, foram selecionados corretamente pelo ArcMap.

Em seguida, clique em "Editar", depois "Selecionar" para destacar o sistema de coordenadas para os pontos, em seguida, "Adicionar" e "OK". O sistema de coordenadas correto para usar pode ser obtido a partir da própria unidade GPS.

Agora deve haver uma camada de ponto na parte superior da Tabela de Conteúdo com o mesmo nome do arquivo CSV e a palavra "Eventos" no final do nome. Este é um "tema de evento", e é uma camada temporária. Para fazer uma cópia permanente, clique com o botão direito do mouse na camada e escolha "Dados" e depois "Dados de exportação". Escolha um local de saída e digite um nome de arquivo. Altere o nome do padrão "Saída de exportação" para "Urban_Forestry_Survey" e clique em "OK".

Os dados inseridos no programa ArcGIS produzirão um mapa de dados florestais urbanos. Esses mapas podem ser usados de várias maneiras, incluindo identificar padrões de tamanhos DBH ou determinar se árvores em uma determinada área não estão atingindo a expectativa de vida.

Abra a ferramenta de software iTree for Education. Para cada árvore, insira os dados relevantes e regise os benefícios ambientais de cada árvore. Os benefícios estimados das árvores urbanas podem ser calculados e atribuídos valores monetários. Isso inclui os benefícios anuais de uma árvore para o gerenciamento de águas pluestiais, valor da propriedade, eficiência energética e sequestro de carbono.

Os resultados da análise com a Calculadora Nacional de Benefícios da Árvore podem dar um resumo do valor econômico e ambiental das árvores pesquisadas. Isso pode permitir que os urbanistas decidam sobre quaisquer remoções de árvores, ou plantios suplementares que possam beneficiar a área pesquisada.

Mapas de Florestas Urbanas podem ser usados em uma variedade de aplicações, e algumas delas são exploradas aqui.

Em áreas residenciais urbanas ou suburbanas, a silvicultura urbana muitas vezes terá requisitos diferentes das árvores do que as de áreas comerciais ou de varejo. As árvores podem ser protegidas ou selecionadas para o plantio com base em propriedades ecológicas semelhantes, como barreiras de vento ou ruído, ou preocupações com o manejo da água. No entanto, o valor estético pode desempenhar um papel maior na silvicultura residencial.

Sistemas de Informação Geográfica também podem ser usados para mapear muitos outros fenômenos, naturais ou artificiais. Mapas de SIG de medições naturais dos níveis de chumbo no solo também podem ser compilados e usados para determinar níveis de contaminação, ou regiões seguras versus inseguras para o plantio de culturas alimentares.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE à Floresta Urbana usando SIG. Agora você deve entender a importância da silvicultura urbana, como usar o SIG para criar mapas para o estudo de árvores urbanas, e como usar a Calculadora Nacional de Benefício das Árvores para verificar o valor das árvores pesquisadas. Obrigado por assistir!

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Results

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A Figura 1 mostra os resultados representativos para árvores de rua encontradas em um bloco, e um mapa a partir de dados florestais urbanos inseridos no SIG pode ser visto na Figura 4.

Os resultados para o uso da Calculadora de Benefícios da Árvore podem ser encontrados na Tabela 2. Esta calculadora fornece uma estimativa dos benefícios que as árvores individuais do lado da rua proporcionam. Uma vez que os dados da investigação de campo são inseridos, incluindo CEP, espécies, diâmetro e uso da terra, o benefício ambiental e econômico fornecido por cada árvore pode ser visto.

Figure 3
Figura 4. Mapas de dados florestais urbanos inseridos no SIG.

Número da amostra da árvore Benefício Geral Gerenciamento de águas plumosas
(galões)
Valor da propriedade Eficiência Energética
(kW/h)
Sequestro de carbono
(lbs)
1 20 dólares. 173 $4 38 109
2 24 dólares 217 8 dólares. 41 133
3 $22 161 11 dólares 27 113
4 11 dólares 69 $2 22 74
5 $46 356 $22 56 169

Mesa 2. Os resultados da Calculadora de Benefícios da Árvore.

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Applications and Summary

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Uma vez inseridos em um SIG, os dados florestais podem ser analisados usando estatísticas geoespaciais. Por exemplo, um teste estatístico geoespacial I de Moran é uma estatística amplamente utilizada que analisa um agrupamento geográfico significativo de variáveis de saúde. Moran's I pode ser usado para dados florestais para relatar valores dbh localizados em determinadas áreas, indicando diferentes taxas de crescimento de árvores em diferentes locais da floresta. Se o agrupamento for significativo, um teste estatístico geoespacial Geral G pode revelar adicionalmente se são os valores altos ou baixos que são geograficamente agrupados por informar qual extremidade dos valores de agrupamento estão concentrados em uma área geográfica(Figura 5). Agrupamentos significativos de Moran I são mostrados com as pontuações gerais G, indicando altos valores dbh agrupados para as boas árvores e para cada espécie. os valores dbh são representados por símbolos de tamanho proporcional para ilustrar o agrupamento de valores elevados (círculos grandes) e valores baixos (diamantes pequenos)(Figura 6). Características podem ser emparelhadas em mapas para procurar padrões significativos, como dbh e espécies, para identificar quais espécies tendem a crescer até a maturidade com mais sucesso em um ambiente urbano. Aglomerados de altos valores de dbh indicam árvores mais antigas que podem apresentar necessidades futuras próximas para a remoção de árvores ou uma área de maior risco para danos nas árvores causadas por tempestades. Os aglomerados de dbh elevados também podem indicar áreas onde as árvores sobrevivem mais e regiões de uma cidade que recebem maiores benefícios de serviços ecossistêmicos.

Figure 4
Figura 5. Aglomerados de tamanhos dbh para boas árvores em um mapa.

Figure 5
Figura 6. Aglomerados dbh altos identificados em um mapa.

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Transcript

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