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Evolution of human-driven fire regimes in Africa

Human ability to manipulate fire and the landscape has increased over evolutionary time, but the impact of this on fire regimes and consequences for biodiversity and biogeochemistry are hotly debated. Reconstructing historical changes in human-derived fire regimes empirically is challenging, but information is available on the timing of key human innovations and on current human impacts on fire; here we incorporate this knowledge into a spatially explicit fire propagation model. We explore how changes in population density, the ability to create fire, and the expansion of agropastoralism altered the extent and seasonal distribution of fire as modern humans arose and spread through Africa. Much emphasis has been placed on the positive effect of population density on ignition frequency, but our model suggests this is less important than changes in fire spread and connectivity that would have occurred as humans learned to light fires in the dry season and to transform the landscape through grazing and cultivation. Different landscapes show different limitations; we show that substantial human impacts on burned area would only have started ∼4,000 B.P. in open landscapes, whereas they could have altered fire regimes in closed/dissected landscapes by ∼40,000 B.P. Dry season fires have been the norm for the past 200–300 ky across all landscapes. The annual area burned in Africa probably peaked between 4 and 40 kya. These results agree with recent
paleocarbon studies that suggest that the biomass burned today is less than in the recent past in subtropical countries.

Ano de Publicação: 2012

Evidence for Adaptation to Fire Regimes in the Tropical Savannas of the Brazilian Cerrado

A recent controversy concerns whether plant traits that are assumed to be adaptations to fire originally
evolved in response to selective factors other than fire. We contribute to this debate by investigating the
evolution of the endemic woody flora of the fire-prone Cerrado of central Brazil, the most species-rich savanna
in the world. We review evidence from dated phylogenies and show that Cerrado lineages started to diversify
less than 10 million years ago. These Cerrado lineages are characterized by fire-resistant traits such as thick,
corky bark and root sprouting, which have been considered to have evolved as adaptations to drought or
nutrient-deficient soils. However, the fact that the lineages carrying these features arose coincident with the rise
to dominance of flammable C4 grasses and expansion of the savanna biome worldwide, and postdating the
earlier origin of seasonal climates and the nutrient-poor, acid Cerrado soils suggests that such traits should be
considered as adaptations to fire regimes. The nature of these features as adaptations to fire is further suggested
by their absence or poor development in related lineages found in fire-free environments with similar edaphic
conditions to the Cerrado and by their repeated independent origin in diverse lineages. We present evidence to
demonstrate that the evolutionary barrier to entry to the Cerrado is a weak one, presumably because of the
ease of evolution of the necessary adaptations to fire regimes for lineages inhabiting neighboring fire-free
biomes.
Keywords: adaptive radiation, exaptation, Neotropics, phylogenetic niche conservatism, plant evolution

Ano de Publicação: 2012

Does long-term fire exclusion in an Australian tropical savanna result in a biome shift? A test using the reintroduction of fire

Abstract

The structure of tropical savanna ecosystems is influenced by fire frequency and intensity. There is particular interest in the extent to which long-term fire exclusion can result in a shift from savanna to forest vegetation that is not easily reversed by the reintroduction of fire.This study examined changes in the structure and composition of a long-unburnt site within the northern Australian savannas following an extended period of active fire exclusion (>20 years), and the effect of the reintroducing fire through experimental fire regimes, including fires in the early and late dry season at a range of frequencies. After the long period of fire exclusion, the vegetation community was characterized by a well-developed midstorey and canopy layer, low grass cover, substantially higher densities of woody sprouts and saplings than frequently burnt savanna. The community composition included a high proportion of rainforest-affiliated species. Three years of experimental fires had no detectable effect on the overall composition of grass layer and woody plants but had an effect on woody vegetation structure. Continued fire exclusion further increased the density of woody stems, particularly in the midstorey (2.0–4.99 m), whereas
moderate-intensity fires (>800 kW m-1) significantly reduced the density of midstorey stems.The reintroduction of
higher moderate intensity fire events resulted in the vegetation in some compartments reverting to the open savanna
structure typical of frequently burnt sites. Such rapid reversibility suggests that in general, the woody thickening
resulting from long-term fire exclusion did not represent a biome shift to a non-savanna state. However, there was
a small proportion of the site that could not sustain the fires applied to them because grass cover was very low and
patchy and therefore appeared to have crossed an ecological threshold towards closed forest. Key words: biome shift, fire, fire behaviour, resprout, savanna, tropical woodland, woody thickening.

INTRODUCTION
State-and-transition models are useful for describing the range of complex ecosystem processes and multiple vegetation states observed in tree-grass ecosystems (Westoby et al. 1989; Angassa & Oba 2008). According to state-and-transition theory, vegetation can shift from one stable state to another, and this shift can be irreversible without dramatic intervention. Substantial changes in composition and structure may occur within

Ano de Publicação: 2012

ATUAÇÃO DA COORDENAÇÃO GERAL DE PROTEÇÃO AMBIENTAL – CGPRO NA PREVENÇÃO E COMBATE A INCÊNDIOS FLORESTAIS EM UNIDADES DE CONSERVAÇÃO FEDERAIS

Introdução
A criação das Unidades de Conservação no Brasil iniciou-se em 1937, com o Parque Nacional do Itatiaia RJ, como uma estratégia para a conservação da biodiversidade. Atualmente, o país conta com um total de 884 Unidades de Conservação, com uma área de 755.204 km² em âmbito federal (BRASIL, 2012), representando todos os biomas do país, distribuídos entre as diferentes categorias dos grupos de proteção integral: Estação Ecológica (ESEC), Reserva Biológica (REBIO), Parque Nacional (PARNA), Monumento Natural (MN), Refúgio de Vida Silvestre (RVS); e de uso sustentável: Área de Proteção Ambiental (APA), Área de Relevante Interesse Ecológico (ARIE), Floresta Nacional (FLONA), Reserva Extrativista (RESEX), Reserva de Fauna (RF), Reserva de Desenvolvimento Sustentável (RDS) e Reserva Particular do Patrimônio Natural (RPPN). No geral, as Unidades de Conservação sofrem com diversos problemas diários, como falta de recursos financeiros, poucos profissionais, situação fundiária irregular, conflitos com as populações locais e tradicionais e incêndios florestais, prejudicando o manejo de suas áreas e de seu entorno. Os incêndios florestais, em especial, afetam principalmente as Unidades com fitofisionomias de cerrado, gerando muitas perdas e danos ambientais, confrontos, gastos públicos e individuais, além de grandes preocupações. Estudos apontam que, na maioria das ocorrências de incêndios florestais nas Unidades de Conservação, a principal causa não é de origem natural, ou seja, provocada por raios, mas sim pela ação antrópica, associada às práticas agrícolas e de pastagens. (MEDEIROS, 2002).
CLIMEP – Climatologia e Estudos da Paisagem
http://www.periodicos.rc.biblioteca.unesp.br/index.php/climatologia/index
Rio Claro (SP) – Vol.7 – n.1-2 – janeiro/dezembro/2012, p. 6
Para especialmente gerir as Unidades de Conservação, o Governo brasileiro fundou o Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBIO) em 2007, antes de responsabilidade do Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis (IBAMA), que se encarregava de tal tarefa e de várias outras funções relacionadas às questões ambientais. Dois anos após o estabelecimento do ICMBIO, criou-se a Coordenação Geral de Proteção Ambiental (CGPRO), que ficou encarregada, a partir de 2009, de cuidar das questões referentes aos incêndios florestais, dentro das Unidades de Conservação federais, responsabilizando-se, inclusive, por fazer os seus Boletins Informativos de Risco de Fogo. O trabalho da CGPRO com incêndios é ordenado pela Coordenação de Emergências Ambientais do ICMBIO, sendo uma continuação da antiga gestão do Centro Nacional de Prevenção e Combate aos Incêndios Florestais (PREVFOGO) ligada ao IBAMA, ambos atuando em parceria, quando necessário, nas áreas que são protegidas. Embora haja ocorrido essa mudança de gestão nas Unidades, de IBAMA para ICMBIO, as estratégias de combate e prevenção aos incêndios continuam parecidas, sofrendo com as mesmas carências e dificuldades, como a contratação de brigadistas, recursos financeiros e materiais insuficientes, pesquisas e conscientização da população do entorno das áreas protegidas.
O objetivo desta pesquisa é analisar como a CGPRO atua, assim como avaliar a eficiência de suas ações, nas Unidades de Conservação federais, em relação à prevenção e combate a incêndios florestais

Ano de Publicação: 2012

Análise Geoecológica dos Incêndios Florestais do Parque Nacional do Itatiaia - Boletim nº 15

EDITORIAL

O Boletim de Pesquisa do PNI Nº15-―Análise Geoecológica dos Incêndios Florestais no Parque Nacional do Itatiaia‖ é um trabalho do Analista Ambiental Gustavo W. Tomzhinski, do seu orientador Prof./Dr.Manoel do Couto Fernandes e de Kátia Torres Ribeiro. A pesquisa em tela foi apresentada em 2012 ao corpo docente do Programa de Pós-Graduação em Geografia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do Grau de Mestre em Ciências: Geografia. O pesquisador dissecou uma área de estudo que definiu como o polígono abrangendo o PNI e seu entorno de 3 km. Essa área totaliza 57.924 ha. Gustavo relata o registro de 453 incêndios e ressalta os mais relevantes, nos anos: 1937, 1951, 1963, 1988, 1989, 2001, 2007, 2008, 2010 e 2011 e concluiu com os métodos utilizados para detecção de incêndios, regime de fogo, mapeamento geográfico da suscetibilidade e ocorrência de incêndios e outros questionamentos e conclusões.
As 143 referências bibliográficas utilizada pelo autor têm pontos de referências dos Boletins de Pesquisa do
PNI criado por Wanderbilt Duarte de Barros (1916-1997) em 1949. O Engenheiro Agrônomo Tomzhinski utilizou os Boletins Números 4, 5, 6 e 10, publicados respectivamente em 1955, 1956, 1957 e 2012. Levantando o passado do PARNA ITATIAIA, Gustavo consegue chegar ao presente através de mapas, gráficos e uma dissertação leve e prazerosa de um dos seus piores problemas que é o incêndio florestal e liga o futuro para que as novas gerações tenham perspectivas de usufruírem um modelo de integração sócio-ambiental livre de qualquer tipo de agressão a sua biótica e beleza natural.

LÉO NASCIMENTO. COORDENADOR DE PESQUISA DO PNI.


RESUMO
O fogo é importante elemento modificador da paisagem. Muitas vezes os incêndios florestais têm potencial devastador constituindo ameaça à biodiversidade. O Parque Nacional do Itatiaia (PNI) é uma unidade de conservação de significância histórica e ecológica, abrigando importantes remanescentes do Bioma Mata Atlântica. A Área de Estudo (AE) foi definida abrangendo o PNI e seu entorno em uma faixa de 3 km. Este trabalho tem o objetivo de ampliar o conhecimento da questão dos incêndios através de uma análise geoecológica na qual se busca estabelecer relacionamentos quantitativos e qualitativos entre os elementos da paisagem, incluindo a ação do homem sobre ela. A maior quantidade de incêndios na AE ocorre normalmente no mês de agosto, no entanto a maior concentração de área queimada é registrada para o mês de setembro, quando a precipitação acumulada atinge níveis mais baixos. O maior número de incêndios foi registrado fora dos limites do PNI, mas as maiores áreas atingidas ocorrem dentro, possivelmente devido às extensas áreas contínuas de formações campestres. Verificou-se que 58% das áreas atingidas pelos incêndios apresentam declividade alta, 51% forma convexa (alta), 73% alta incidência de radiação solar, 92% alta combustibilidade e 78% estão localizadas acima de 2.000 m de altitude. A análise da precipitação mostrou a relação inversa dos incêndios com a precipitação antecedente, especialmente nos anos dos maiores incêndios, quando essas condições foram muito abaixo da média. Foram avaliados indicadores de curto e médio prazo de precipitação acumulada, concluindo-se que estes devem ser utilizados em conjunto para o diagnóstico de condições críticas para a ocorrência de incêndios. Na análise espacial das principais variáveis ligadas ao risco à ignição, foi verificado que 73% dos incêndios estão a menos de 15 m de vias de transporte, edificações ou propriedades particulares dentro do PNI e que 93% das ocorrências dentro do Parque
estão total ou parcialmente inseridos nessas propriedades. Um mapa de suscetibilidade a ocorrência de incêndios florestais foi gerado para a área de estudo utilizando-se o método analítico-integrativo com as seguintes variáveis geoecológicas: combustibilidade, incidência de radiação solar, forma do relevo e declividade. O cruzamento das informações dos incêndios com esse mapa mostrou que 94% das áreas atingidas por eles foram classificadas como de alta suscetibilidade, o que aponta para a eficácia do método para a identificação de áreas com condições favoráveis à ocorrência desse fenômeno. A metodologia e os resultados encontrados constituem significativo subsídio para a modelagem do conhecimento relacionado à avaliação de cenários para a ocorrência de incêndios.

Palavras-chave: CARTOGRAFIA GEOECOLÓGICA, GEOPROCESSAMENTO, REGIME DE FOGO, UNIDADES DE CONSERVAÇÃO.

Ano de Publicação: 2012

The human dimension of fire regimes on Earth

ABSTRACT

Humans and their ancestors are unique in being a fire-making species, but ‘natural’ (i.e. independent of humans) fires have an ancient, geological history on Earth. Natural fires have influenced biological evolution and global biogeochemical cycles, making fire integral to the functioning of some biomes. Globally, debate rages about the impact on ecosystems of prehistoric human-set fires, with views ranging from catastrophic to negligible. Understanding of the diversity of human fire regimes on Earth in the past, present and future remains rudimentary. It remains uncertain how humans have caused a departure from ‘natural’ background levels that vary with climate change. Available evidence shows that modern humans can increase or decrease background levels of natural fire activity by clearing forests, promoting grazing, dispersing plants, altering ignition patterns and actively suppressing fires, thereby causing substantial ecosystem changes and loss of biodiversity. Some of these contemporary fire regimes cause substantial economic disruptions owing to the destruction of infrastructure, degradation of ecosystem services, loss of life, and smoke-related health effects. These episodic disasters help frame negative public attitudes towards landscape fires, despite the need for burning to sustain some ecosystems. Greenhouse gas-induced warming and changes in the hydrological cycle may increase the occurrence of large, severe fires, with potentially significant feedbacks to the Earth system. Improved understanding of human fire regimes demands: (1) better data on past and current human influences on fire regimes to enable global comparative analyses, (2) a greater understanding of different cultural traditions of landscape burning and their positive and negative social, economic and ecological effects, and (3) more realistic representations of anthropogenic fire in global vegetation and climate change models. We provide an historical framework to promote understanding of the development and diversification of fire regimes, covering the pre-human period, human domestication of fire, and the subsequent transition from subsistence agriculture to industrial economies. All of these phases still occur on Earth, providing opportunities for comparative research.

Keywords Fire and culture, fire management, fire regime, global environmental change, landscape fire, palaeoecology, prehistoric human impacts, pyrogeography.

Ano de Publicação: 2011

Role of Fire in the Germination Ecology of Fountain Grass (Pennisetum setaceum), an Invasive African Bunchgrass in Hawai'i

Abstract: 

Field and laboratory studies were carried out to test factors expected to be relevant for the germination of fountain grass: (1) light; (2) emergence of fountain grass seedlings from depths of 0, 2.5, and 5 cm; (3) fire passing over exposed and buried seeds; (4) laboratory heat treatment mimicking exposure to grass fire. Both fire in the field and heat applied in the laboratory killed fountain grass seeds. In the laboratory, some seeds were killed after  xposure to 75C for 3 min, and all seeds were killed at 100C. During the prescribed burns, temperatures at the soil surface reached at least 204C, but temperatures at depths of 2.5 and 5 cm showed no measurable change. Light is not essential for germination of fountain grass seeds, and seedlings can emerge from depths of at least 5 cm. Both of these traits contribute to the invasive capacity of the species. Because fountain grass seeds are killed at temperatures in excess of 100C, the species depends on its ability to resprout and quickly set seed after fire for population growth and spread. Seeds buried beneath the soil may escape exposure to fire, and substrate heterogeneity may provide refuge from temperature extremes experienced during fire. The morphology of fountain grass seeds likely inhibits burial in the soil for the most part, but there are several potential burial mechanisms. Prescribed burns could prove to be a useful tool for fountain grass control in large, degraded sites where fountain grass has invaded but only when coupled with additional control measures. 

Ano de Publicação: 2011

Revisão sobre os Efeitos do Fogo em Eriocaulaceae como Subsídio para a sua Conservação

Resumo – Eriocaulaceae é uma das famílias mais numerosas e ricas em endemismos do Cerrado. A beleza das suas inflorescências faz com que espécies conhecidas como sempre-vivas (plantas de diversas famílias que tem suas inflorescências pouco alteradas após serem colhidas e desidratadas), sejam cobiçadas pelo mercado nacional e internacional de plantas ornamentais secas. O declínio das populações de várias eriocauláceas tem sido atribuído a um aparente aumento da freqüência de queimadas realizadas no Cerrado para renovar pastagens, preparar o solo para a agricultura e devido ao manejo extrativista. Neste trabalho, revisamos a literatura científica que trata da ação do fogo em sete espécies de Eriocaulaceae que ocorrem no Cerrado. O fogo promoveu o aumento do número de indivíduos reprodutivos nas três espécies estudadas quanto a esse aspecto (Actinocephalus polyanthus, Comanthera elegantula e Syngonanthus nitens), de inflorescências por indivíduo em duas entre quatro espécies (Comanthera elegantula e Leiothrix crassifolia) e de sementes por capítulo na única espécie estudada nesse aspecto (S. nitens). O fogo estimulou ainda o recrutamento por plântulas devido à eliminação da vegetação competidora em três das quatro espécies estudadas (A. polyanthus, C. elegantula e Leiothrix arrecta, e por brotamentos em S. nitens). Em espécies policárpicas, o aumento do esforço reprodutivo pode impactar negativamente a produção de inflorescências nos anos seguintes à primeira estação reprodutiva após a queima (ex. C. elegantula e S. nitens), além do crescimento e sobrevivência de indivíduos em idade reprodutiva (ex. C. elegantula). Entretanto, a mortalidade e a redução do crescimento podem ser atenuados pela coleta de escapos antes que as sementes sejam produzidas, como foi observado em C. elegantula. Queimadas freqüentes podem levar populações ao declínio através da exaustão do banco de sementes, mortalidade (principalmente de plântulas) e estímulo à reprodução e morte precoce em espécies monocárpicas. Por outro lado, a exclusão de queimadas por longos períodos pode levar as populações ao envelhecimento e ao declínio devido à redução no recrutamento e aumento da mortalidade, causadas pelo aumento da vegetação competidora. Considerações sobre o manejo de espécies de Eriocaulaceae são feitas, considerando diferenças em suas histórias de vida. 

Palavras-chave: cerrado; demografia; história de vida; queimadas; sempre-vivas.

Abstract – Eriocaulaceae is one of the largest and most speciose botanical families of the Cerrado. Because of their beauty, species known as ‘starflowers’, ‘dry flowers’ or ‘everlasting flowers’ (plants of several families whose inflorescences maintain the living appearance after being extracted and dried) are coveted by the national and international markets for dried ornamental plants. The decline observed in populations of several Eriocaulaceae species has been attributed to an apparent increase in the frequency of fires, set with the aim to renovate pastures, to prepare the ground for the cultivation of crops and also as an extractive management practice. In this study, we reviewed scientific literature about the effects of fire on seven Eriocaulaceae species that occur in Cerrado. Fire promoted an increase in the number of reproductive individuals in all the studied species (Actinocephalus polyanthus, Comanthera elegantula and Syngonanthus nitens), inflorescence number per individual in half of the studied species (C. elegantula and Leiothrix crassifolia) and seeds per chapter in the single studied species (S. nitens). Fire stimulated recruitment of seedlings in three out of four species (A. polyanthus, C. elegantula and Leiothrix arrecta) and via rhizome sprouts in S. nitens due to the elimination of competing vegetation. In polycarpic species, the increased reproductive effort may negatively impact growth, survival (eg. C. elegantula) and the production of inflorescences in years following the first breeding season after burning (eg. C. elegantula and S. nitens). However, mortality and reduced growth could be mitigated by the harvesting of inflorescences before seeds are produced, as in C. elegantula. Frequent fires can lead to population decline through the exhaustion of seed bank and mortality (mainly seedlings), and stimulate reproduction and early death of adult individuals in monocarpic species. On the other hand, the exclusion of fire for long periods can lead to the aging and decline of populations due to reduced recruitment and competition with herbaceous vegetation. Considerations regarding the management of Eriocaulaceae species are made, considering differences in their life stories.

Key words: cerrado; demography; life history; star-flowers; wildfires.

Ano de Publicação: 2011

Plano de Ação para prevenção e controle do desmatamento e das queimadas: cerrado

RESUMO EXECUTIVO 

O Cerrado detém 5% da biodiversidade do planeta, sendo considerado a savana mais rica do mundo, porém um dos biomas brasileiros mais ameaçados. Considerando a área original de 204 milhões de hectares, o bioma já perdeu, até 2008, 47,84% de sua cobertura de vegetação. É o que aponta o “Projeto de Monitoramento do Desmatamento nos Biomas Brasileiros por Satélite” (projeto de cooperação técnica entre o Ministério do Meio Ambiente - MMA, o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis – Ibama e o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento - PNUD), executado pelo Centro de Sensoriamento Remoto do Ibama. A área desmatada até 2002 foi de 890.636 km², e, entre 2002 e 2008, esse valor foi acrescido de 85.074 km², o que equivale a valor médio anual de 14.179 km². No Cerrado, o desmatamento ocorre de modo intenso em função de suas características propícias à agricultura e à pecuária e da demanda por carvão vegetal para a indústria siderúrgica, predominantemente nos pólos de Minas Gerais e, mais recentemente, do Mato Grosso do Sul. Do total de cerca de 9,5 milhões de toneladas de carvão vegetal produzido no Brasil em 2005, 49,6% foram oriundos da vegetação nativa ( AMS, 2007). Ademais, 54 milhões de hectares são ocupados por pastagens cultivadas e 21,56 milhões de hectares por culturas agrícolas. Para fazer frente a esse problema, o MMA lançou em setembro de 2009 a versão para consulta pública do Plano de Ação para Prevenção e Controle do Desmatamento e das Queimadas no Cerrado - PPCerrado, contendo iniciativas próprias ou das suas instituições vinculadas: Ibama; Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade - ICMBio; Agência Nacional de Águas - ANA e Serviço Florestal Brasileiro - SFB

Ano de Publicação: 2011

O Fogo é Sempre um Vilão nos Campos Rupestres?

Resumo 

 Os campos rupestres ocupam menos de 3% das áreas de Cerrado e Caatinga, mas abrigam uma proporção significativa das espécies vegetais vasculares presentes nestes biomas. Embora várias adaptações ao fogo já tenham sido descritas para savanas do Brasil, ainda há carência de estudos sistemáticos do efeito do fogo nos campos rupestres. Este artigo visa comentar os efeitos combinados do fogo, gado e capim gordura na vegetação de campo rupestre.

Palavras-chave: biodiversidade; cerrado; savana; fogo natural.

Abstract  

Campo rupestre vegetation occupies less than 3% of the Brazilian Cerrado and Caatinga biomes, but it harbors a significant proportion of all vascular plant species present in these biomes. Even though many adaptations to fire have been described for plants from the Brazilian savannas, systematic surveys of the effects of fire on campo rupestre vegetation are still insufficient. In this paper we comment the combined effects of fire, cattle and molasses grass in campo rupestre vegetation. 

Keywords: biodiversity; cerrado; savanna; natural fire.

Ano de Publicação: 2011