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UTILIZAÇÃO DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO E ANÁLISE
ESTATÍSTICA NA OBTENÇÃO DE MAPA DE SUPERFÍCIE DE
DENSIDADES DE CULTIVO DE BATATAS EM CAMANDUCAIA-MG.
Eliana Corrêa Aguirre de Mattos
Marcos César Ferreira
UNICAMP
Resumo
O município de Camanducaia localiza-se na região sul mineira e integra a Área de
Proteção Ambiental da Fernão Dias e apesar da bataticultura ser atividade agrícola
tradicional, enfrenta reveses como o plantio de cultivares não adaptadas, com
conseqüente exigência nutricional e uso de agrotóxicos para aumento de
produtividade; restrição no uso de maquinários e equipamentos modernos para cultivo
em escala, devido ao tipo de terreno declivoso da região e ao tamanho de até 10 ha
da maioria das áreas de cultivo, com mão de obra familiar. Neste artigo serão
abordadas técnicas de geoprocessamento e análise estatística utilizadas para a
elaboração de mapa de isolinhas resultantes da interpolação dos dados no ArcGIS
9.3® por krigagem ordinária multivariada Gaussiana. Os resultados mostram a
aplicabilidade da metodologia desenvolvida por Unwin (1981) e sua coerência
relacionada à análise espacial e ao mapeamento da superfície probabilística de cultivo
de batata. A maior densidade dos cultivos de batata em áreas de concentração da
população rural configura situações de conflito relacionadas ao modo de produção
familiar destes cultivos e o uso intensivo de agrotóxicos, podendo trazer a este cenário
problemas de saúde pública devido à exposição e possibilidade de intoxicação destes
agricultores.
Palavras-Chave: bataticultura; geoprocessamento; krigagem; análise espacial; Camanducaia-
MG. – Eixo 14: Geoprocessamento e aplicações
GEOPROCESSING USE OF TECHNIQUES AND STATISTICAL ANALYSIS ON MAP
SURFACE DENSITIES OF POTATOES CROPS IN CAMANDUCAIA-MG.
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Abstract
Camanducaia is a county located in the southern Minas Gerais state included at the
environmental protection area of Fernão Dias and despite the local potatoes traditional
cultivation, faces difficulties as the planting of non-adapted cultivars, with consequent
nutritional requirements and use of pesticides to increase productivity, restricted use of
modern machinery and equipment scale cultivation, due to the sloping terrain of the
region and the size of up to 10 ha of most growing areas, with family labor. This article
deals with GIS techniques and statistical analysis used for the preparation of the
isolines map using proceedings of interpolation of data in ArcGIS 9.3 ® for multivariate
Gaussian kriging. The results show the applicability of the methodology developed by
Unwin (1981) and its consistency related to spatial analysis and probability mapping of
the surface of the crop. The highest density of potatoes crops in areas of concentration
of rural population duels with the farmer production of these crops due the massive use
of pesticides, and it could bring to this scenery public health problems, with the
possibility of exposure and toxicity of these farmers.
Key words: potatoes crops; geoprocessing; kriging, spatial analysis; Camanducaia-MG.
Introdução
O município de Camanducaia localiza-se na região sul mineira e integra a Área de
Proteção Ambiental da Fernão Dias. De acordo com o Censo 2006 quase metade dos
estabelecimentos agrícolas (47,3%) em Camanducaia têm de 0 a 10 hectares (ha)
caracterizando o tipo de produção baseado na agricultura familiar; pelo Censo 2010, a
sua população rural era de 5.611 habitantes, representando 27% da população total,
de 21.080 habitantes (IBGE, 2006, 2014).
O principal produto agrícola cultivado no município é a batata, seguido de olerículas,
como cenoura, brócolis, couve-flor; o milho, principalmente para alimentação animal,
feijão, e, em menor quantidade, café e uva. A fruticultura de clima temperado, como
caqui e pêssego, é cultivada em quintais, mas o grande volume obtido nas colheitas
revela aptidão devido às temperaturas médias anuais mais baixas e às altitudes mais
elevadas, propícias ao cultivo (EMATER, 2009).
Embora a bataticultura seja atividade tradicional em Camanducaia, e sua produção se
destaque em relação às demais dos municípios pertencentes à APA Fernão Dias-MG,
ela enfrenta reveses, entre os quais se destacam o plantio de cultivares não
adaptadas, levando a uma maior exigência nutricional e conseqüentemente ao
incremento no uso de insumos químicos e agrotóxicos para aumento de produtividade;
a restrição ao uso de maquinários e equipamentos modernos de cultivo em escala,
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como colhedeiras e irrigação com pivô central, em razão do terreno declivoso da
região; o tamanho de até 10 ha da maioria das áreas de cultivo e ao planejamento e
mão de obra majoritariamente familiares.
Mattos (2011) realizou pesquisa analisando os principais desafios colocados ao
agricultor familiar na manutenção de suas atividades em Camanducaia-MG, tendo
como fator motivador o fato de o município encerrar em seu perímetro usos e
categorias de ocupação do solo previstos no Plano de Gestão da APA Fernão Dias-
MG que podem tornar a produção agrícola familiar susceptível a impactos resultantes
desta ordenação territorial, em diferentes níveis. Estes usos previstos no Plano de
Gestão abrangem o cultivo agrícola com o auxílio de agrotóxicos, empreendimentos
projetados diretamente ligados à silvicultura e demanda de mão-de-obra relacionada à
expansão industrial no seu entorno - especialmente em Extrema - município vizinho.
Objetivo
Neste artigo serão abordadas técnicas de geoprocessamento para a elaboração de
um mapa de densidades de cultivo de batata e para a análise espacial do uso do solo
vigente e do projetado para o município pelo Plano de Gestão da APA Fernão Dias-
MG, especialmente em sua área rural. Os procedimentos e a metodologia utilizados
para levantamento por amostragem das áreas de cultivo de batata em Camanducaia–
MG incluíram trabalhos de campo para conhecimento da área, amostragem, aferição
dos pontos amostrados em imagem e validação da classificação dos usos pelo método
de classificação supervisionada MaxVer.
Fundamentação Teórica
No tocante às bases conceituais e paradigmas da análise espacial, na Geografia,
Ferreira (2006) coloca que o modelo cartográfico digital, a segunda instância de
modelagem da realidade geográfica em computador, é dado pela transformação do
modelo gráfico para o compatível com sistemas de informação geográfica, ou SIG’s.
Para a transposição da paisagem real para SIG lança-se mão de modelos espaciais
abstratos segundo princípios formulados por Goodchild (citado por FERREIRA, 2006,
p. 115), que estabelece dois princípios para a representação digital da paisagem no
formato digital:
- a paisagem é uma associação entre objetos ou entidades geométricas
interconectadas (pontos, linhas e polígonos) – é modelada segundo o princípio dos
objetos exatos;
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- a paisagem é uma superfície contínua e complexa, transformada por padrões e
processos naturais, e representa a distribuição espacial de uma variável – é
denominado princípio dos campos contínuos.
A aplicação do princípio de objetos exatos é feita em modelos de elementos de
paisagem, delimitados por fronteiras e atributos individuais que ocupam espaços fixos
e propriedades previsíveis, exatas, deterministas. Já quando se propõe trabalhar com
o princípio de campos contínuos, adota-se o conceito probabilístico dos processos e
da inexatidão e incerteza na análise espacial. Portanto, os campos são associados a
superfícies probabilísticas, complexas, resultantes de interpolações numéricas.
Taylor (1997, p.133, 134) discorre sobre a simplicidade, popularidade e clareza de um
mapa de pontos, ao exibir distribuição espacial de eventos. O autor propõe padrões
para os resultados obtidos desta distribuição, considerando que: a distribuição
espacial é necessariamente probabilística; todo padrão é o resultado visual de algum
processo, em um dado momento e lugar; os processos estão em contínuo movimento
e os tipos de padrões no arranjo destes pontos, denominados dispersão, aleatório e
agregado são, em última análise, abstrações (Figura 1).
Importante destacar que a substância do ponto não é apenas o valor do atributo dado
a ele, mas seus vínculos espaciais, ou seja, o conjunto espacialmente distribuído, que
tem forma e densidade, dispondo-se em um arranjo espacial.
a) disperso b) aleatório c) agregado
Figura 1: Tipos de padrões no arranjo de pontos: dispersão, aleatório e agregado.
Unwin (1981, p.36) coloca que os primeiros mapas de pontos eram os produtos finais
da investigação sobre determinado evento ou ocorrência; mas, posteriormente,
passaram a representar também a base inicial da análise espacial. Embora os pontos
restrinjam a informação morfológica sobre o objeto que está sendo mapeado, por outro
lado, nos dão a precisa informação sobre cada objeto, como a localização.
Uma das técnicas utilizadas para a análise de padrões de pontos é a amostragem
quadrática, baseada na sobreposição de superfície denominada “malha de
quadrículas”, de tamanho idêntico, sobre estes pontos. Parâmetros estatísticos, média,
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variância e a razão entre variância e média, são utilizados para a estimativa da
freqüência dos pontos em cada quadrícula, de forma a obter resultados probabilísticos
que possam ser comparados com padrões de distribuição e arranjo espacial de
eventos previamente formulados.
Metodologia
A metodologia aplicada para obtenção de mapa de superfícies de densidades de
cultivo obedece àquela apresentada por Unwin (1981, p.29) quando trata da análise
espacial utilizando mapas de pontos. Esta metodologia compõe-se do levantamento
dos pontos correspondentes ao objeto estudado, cultivo de batatas, e elaboração de
uma malha de quadrículas, com distribuição dos pontos e análise estatística desta
distribuição.
Os eventos (pontos amostrais de cultivo de batata) foram obtidos a partir de
procedimentos tomados com composição colorida 453 da imagem LANDSAT TM5 de
18/04/2010. Esta composição melhor se adaptou ao processo de interpretação e
identificação destes pontos amostrais, dificultados pela resolução espacial das
imagens LANDSAT TM5 utilizadas para este fim devido à variedade e tamanho das
áreas de cultivo no município. É importante frisar que as imagens LANDSAT TM5 são
mais bem apropriadas para análises espaciais em escala regional e sub-regional.
O universo amostral dos pontos correspondentes às áreas de cultivo de batata no
município de Camanducaia-MG utilizados na aplicação da metodologia de Unwin
(1981) é composto de 248 pontos: 29 pontos amostrais tomados de arquivo de dados
digitais do Plano Gestor da APA Fernão Dias-MG (CONSÓRCIO ERG-SCTP, 2008);
13 pontos verificados em viagens de campo, com identificação, interpretação e
validação do material, conforme descrito por MATTOS, 2011 e 206 pontos amostrados
de forma aleatória na composição colorida 453 da imagem LANDSAT TM5 de
18/04/2010, com uso de recursos de interpretação de imagem.
Para a amostragem destes 248 pontos foi construído um arquivo vetorial no formato
de malha de quadrículas, com área unitária de 1 km², sobreposto ao mapa do
município de Camanducaia-MG. As amostras foram colhidas de forma aleatória nestas
quadrículas regulares de forma a evitar tendências na distribuição do arranjo
resultante destas amostras.
Para cada quadrícula contabilizou-se o total dos pontos coincidentes com a mesma.
Estes valores totais associados a cada quadrícula foram utilizados para a análise do
arranjo final das áreas cultivadas com batata em Camanducaia-MG.
Para obtenção do mapeamento da superfície das amostras de cultivo em
Camanducaia-MG aplicou-se procedimentos de interpolação de dados no ArcGIS 9.3®
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por krigagem ordinária multivariada Gaussiana. De acordo com Landim (2006, p.32), a
krigagem, entendida como um estimador que se baseia em técnicas de análise de
regressão, procura minimizar a variância estimada a partir de um modelo matemático
teórico que leva em conta a dependência estocástica, probabilística, entre os dados
distribuídos no espaço.
Com a krigagem, é calculada a melhor estimativa possível para locais não amostrados
com base na minimização da variância do erro. As células onde não se tem valor real
obtido são sempre preenchidas pelo modelo adotado na krigagem espacial e em
seguida são interpoladas linhas de iguais valores.
Padrões de dispersão que indicam agregação dos eventos – ou seja, agregação dos
pontos, formando “nuvens”, ilustrado na alínea c) da Figura 1 - têm valores para
variância maiores que a média, valores estes obtidos na aplicação dos cálculos
estatísticos detalhados na Tabela 1.
Resultados
Para a validação do material levantado seguiu-se à classificação dos usos pelo
método de classificação supervisionada MaxVer (Máxima Verossimilhança), seguindo
a metodologia proposta por Crósta (1999), cujos índices de exatidão Global foram
89,6% e de Kappa, de 85,4% calculado a partir de todos os elementos da matriz de
erros, considerado o desempenho da classificação como excelente (MATTOS, 2011).
A Tabela 1 mostra o cálculo da média ( x ) e da variância (δ2) para as amostras
colhidas de forma aleatória de cultivo de batata no município de Camanducaia–MG e a
Figura 1, o histograma da distribuição destas amostras por quadrícula.
Tabela 1: Cálculo da média e da variância para as amostras levantadas de forma
aleatória para o cultivo de batata no município de Camanducaia–MG.
Número nas classes
(mi)
Freqüência de células
(fi)
(fi mi)
Desvio em relação à média
(mi-m )
(fi(mi-m )2)
0 437 0 -0,409 72,947
1 114 114 0,591 39,876
2 42 84 1,591 106,372
3 9 27 2,591 60,440
4 2 8 3,591 25,797
5 3 15 4,591 63,244
Somatório 607 248 368,676
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Média, x =
i
ii
f
xf
= ulastotaldecel
tostotaldepon
= 607
253
= 0,409
Variância, δ2=
1
)( 2
i
ii
f
xxf
= 606
549,375
= 0,609
Razão da variância/média = x
2
= 420,0
620,0
= 1,489
Se as amostras estivessem regularmente distribuídas em iguais números nas
quadrículas, a média permaneceria inalterada, pois ela depende do número de
amostras (n) e do número de quadrículas, e por conseqüência, a variância seria igual
a δ2 = 0, indicando um padrão de dispersão regular, ou uniforme, e zero também seria
a razão entre a variância e a média (δ2/ x ). Se a δ2 < x , o padrão de dispersão será
aleatório e se δ2 > x , este padrão será agregado.
Os valores obtidos na aplicação dos cálculos estatísticos detalhados na Tabela 1 são
δ2 = 0,609 e δ2/ x = 1,489 resultando em um padrão de dispersão agregado para a
dispersão dos pontos amostrais de cultivo de batata em Camanducaia-MG.
O histograma da Figura 2 mostra que os eventos não seguem uma distribuição normal
clássica de pontos, mas sim uma distorção, que indica dependência locacional dos
eventos, dado fundamental para a análise espacial. Esta distribuição segue os
preceitos de Poisson.
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Figura 2: Histograma da distribuição das amostras por quadrícula.
A Figura 3 mostra o mapa dos 248 pontos amostrais referentes às áreas de cultivo de
batata no município de Camanducaia, o qual integra a APA Fernão Dias-MG.
A análise espacial mostra que as áreas de bataticultura em Camanducaia-MG seguem
um padrão agregado, indicando locais com maior concentração de seu cultivo, e em
se tratando de agricultura familiar, onde também estão localizadas a moradia e o meio
de produção destes agricultores.
Figura 3: Levantamento das amostras de áreas com cultivo de batata em
Camanducaia-MG com o traçado da BR-381, hidrografia, áreas urbanas e distritos do
município.
A Figura 4 representa a malha de quadrículas sobreposta parcialmente na APA
Fernão Dias-MG, especialmente na área que abrange integralmente o município de
Camanducaia. Nesta Figura são detalhadas a distribuição e a contabilização das
amostras de cultivo de batata por quadrícula, de acordo com o quanto exposto na
Tabela 1, acima.
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Figura 4: Elaboração da malha de quadrículas sobreposta ao município de
Camanducaia-MG e os respectivos valores das amostras de cultivo de
batata/quadrícula.
Já na Figura 5 é apresentado mapa de isolinhas resultante da interpolação dos dados
no ArcGIS 9.3® por krigagem ordinária multivariada Gaussiana, utilizando-se os
pontos referentes às áreas de cultivo de batata no município de Camanducaia-MG.
As isolinhas foram convertidas em faixas referentes a intervalos de densidade de
pontos com cultivo de batata. Estas faixas foram definidas segundo intervalos de
desvio padrão (<-1,3 a 1,3) em relação à média. Desta forma, regiões que apresentam
maior desvio padrão (>1,3 DP) são aquelas que maior quantidade de cultivos em
relação à média municipal; as que apresentam menores valores (<-1,3 DP) são as que
contêm áreas de cultivo próximas à média.
Analisando-se o mapa da Figura 5, observa-se que as áreas com maior desvio padrão
situam-se nas proximidades do distrito de São Mateus de Minas, onde há grande
concentração de áreas de cultivo familiar de batata. Outros bairros rurais com
destaque para este cultivo são Pitangueiras e Jaguaribe de Baixo, situados na porção
sudoeste do município, além do bairro rural de Campo Verde. Estes distritos e bairros
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rurais situam-se em áreas de relevo colinoso e nas bordas ou encostas do relevo
ondulado a colinoso, próprias para o cultivo da batata.
Figura 5: Mapa das áreas com maior densidade de cultivo de batata no município de
Camanducaia, em Minas Gerais.
Já o distrito de Monte Verde localiza-se em relevo fortemente inclinado e numa área
em que predominam os fragmentos florestais, constituído de florestas ombrófilas
densa e mista, e o plantio comercial de espécies florestais, como o eucalipto
(Eucalipto sp) e o pinus (Pinus sp).
Conclusões
A sobreposição de feições, de objetos sobre superfícies (campos contínuos) é um
esforço para que a análise espacial da distribuição dos cultivos familiares de batata em
Camanducaia-MG possa proporcionar uma melhor compreensão do espaço regional e
de sua dinâmica, e dos desafios aos quais estes agricultores estão sujeitos no uso
agrícola do solo. Isto porque o mapeamento das superfícies de cultivo revelou que as
áreas de atividade agrícola, especialmente a bataticultura, ocupam áreas legalmente
destinadas às atividades agropecuárias previstas no Plano Gestor da APA Fernão
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Dias-MG mas que no entanto concorrem com empreendimentos voltados ao fomento
da silvicultura e da expansão urbana no entorno.
Por fim, ressalte-se que esta maior densidade dos cultivos de batata em áreas de
concentração da população rural, em distritos e bairros, configura situações de conflito
relacionadas ao modo de produção familiar destes cultivos e o uso intensivo de
agrotóxicos. Como conseqüência podem trazer a este cenário problemas de saúde
pública devido a exposição aos agrotóxicos e possibilidade de intoxicação destes
agricultores e de suas famílias.
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