TEMPORAL ANALYSIS OF VEGETATION COVER USING THE NORMALIZED DIFFERENCE VEGETATION INDEX (NDVI) IN THE CITY OF QUELIMANE, ZAMBEZIA PROVINCE, MOZAMBIQUE
REGISTRO DOI:10.69849/revistaft/th102501101301
Isac Toaya Mussama[1]
Tânia Pereira Andicene[2]
Gervásio Castro Morais Magaia[3]
RESUMO
A urbanização acelerada e a crescente pressão sobre os recursos naturais em Moçambique, especialmente em Quelimane e Zambézia, têm causado impactos significativos na vegetação e biodiversidade locais. A desflorestação, impulsionada pela expansão agrícola e pela transformação de áreas florestais em zonas urbanas, prejudica a regeneração natural das florestas e altera os ecossistemas. Contudo, o presente estudo tem como objetivo avaliar as mudanças ambientais ocorridas na cobertura de terra na cidade de Quelimane, Zambézia, Moçambique, utilizando o NDVI nos anos de 2013, 2018 e 2023. As imagens de sensoriamento remoto foram processadas no ArcGIS 10.3, com correções atmosféricas e radiométricas. Os resultados indicaram que, em 2013, o Vegetação Bastante Esparsa (31,47%) e a vegetação espaçada (25,85%) predominavam, enquanto a vegetação densa cobria 15,63% da área. Em 2018, a área de cursos de água aumentou para 4,81%, e, em 2023, as áreas suscetíveis à desertificação cresceram para 24,93%, com a vegetação densa permanecendo estável e o Vegetação Bastante Esparsa apresentando uma leve diminuição.
Palavras-chave: NDVI; Cobertura do Solo; Sensoriamento Remoto; Mudanças Ambientais; Quelimane.
ABSTRACT
Accelerated urbanization and increasing pressure on natural resources in Mozambique, especially in Quelimane and Zambézia, have caused significant impacts on local vegetation and biodiversity. Deforestation, driven by agricultural expansion and the transformation of forested areas into urban zones, impairs the natural regeneration of forests and alters ecosystems. However, this study aims to assess the environmental changes that have occurred in land cover in the city of Quelimane, Zambezia, Mozambique, using NDVI in the years 2013, 2018 and 2023. The remote sensing images were processed in ArcGIS 10.3, with atmospheric and radiometric corrections. The results indicated that in 2013, exposed soil (31.47%) and spaced vegetation (25.85%) predominated, while dense vegetation covered 15.63% of the area. In 2018, the area of watercourses increased to 4.81%, and in 2023, the areas susceptible to desertification grew to 24.93%, with dense vegetation remaining stable and exposed soil showing a slight decrease.
Keywords: NDVI; Land Cover; Remote Sensing; Environmental Change; Quelimane.
- INTRODUÇÃO
As mudanças climáticas representam uma ameaça significativa tanto para o desenvolvimento econômico quanto para a segurança alimentar, especialmente nos países em desenvolvimento, como Moçambique, onde cerca de 70% da população depende da agricultura como principal fonte de subsistência e rendimento (WFP, 2021; ABBAS, 2022). Moçambique é um país de alta biodiversidade, com mais de 6000 espécies de plantas e 4200 espécies de animais, distribuídos por diversos ecossistemas terrestres, marinhos e de água doce (MITADER, 2015). Um estudo recente sobre a desflorestação no país (MITADER, 2018) revelou que a área florestal atual é de aproximadamente 34 milhões de hectares, uma redução em relação aos 40 milhões de hectares dos anos 90. A taxa de desflorestação média anual entre 2003 e 2013 foi de 269.000 hectares, com as províncias de Nampula, Zambézia e Manica apresentando as maiores taxas. A agricultura, responsável por 86% da desflorestação, é o principal fator contribuidor, seguido pela transformação de florestas em pradarias (13%) e a expansão de áreas urbanas (0,1%).
Na cidade de Quelimane e seus arredores, predomina a vegetação do tipo savana aberta e mangal, que tem sido substituída por plantas exóticas, como coqueiros e bananeiras. A vegetação local, composta majoritariamente por árvores decíduas, tem sido fortemente impactada pelas atividades humanas, como a exploração madeireira e a conversão de áreas florestais para cultivo e urbanização. Historicamente, a região possuía uma rica fauna bravia, mas a concentração populacional resultou no desaparecimento da maioria das espécies nativas. No entanto, ainda é possível observar alguns animais de pequeno porte, como morcegos, répteis e aves, nas áreas rurais dentro da jurisdição municipal (MUNICÍPIO DE QUELIMANE, 2022).
Neste cenário, a avaliação da densidade da vegetação e sua progressão ao longo do tempo é crucial para pesquisas ambientais. O emprego de imagens de satélite e instrumentos de avaliação da vegetação, como o Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), é crucial para a supervisão e recuperação de zonas urbanas deterioradas, incentivando práticas de gestão ambiental sustentáveis (Cerqueira et al., 2021). O NDVI, sugerido por Rouse et al. (1973), é uma das métricas mais empregadas no acompanhamento do uso do solo, possibilitando a distinção entre os diferentes tipos de vegetação e outros usos do solo (MELO et al., 2011; ABURAS et al., 2015; HERBST; LUCENA, 2020; MANJATE et al., 2023).
O presente estudo tem como objetivo avaliar as mudanças ambientais ocorridas na cobertura de terra na cidade de Quelimane, Zambézia, Moçambique, utilizando o NDVI nos anos de 2013, 2018 e 2023.
- MATÉRIAS E MÉTODOS
- Área de estudo
A Província da Zambézia localiza-se na região central de Moçambique. A cidade de Quelimane (Figura 1), capital e maior cidade da província, está situada entre as coordenadas 17°51’00’’ latitude sul e 36°59’00’’ longitude leste, cobrindo uma área de aproximadamente 142,40 km². Quelimane está localizada às margens do rio dos Bons Sinais, a cerca de 20,00 km do Oceano Índico. Essa proximidade ao mar permite à cidade operar um porto estratégico, que é uma das suas principais atividades econômicas e centro de uma relevante indústria pesqueira. De acordo com o relatório do INE (2024), a cidade tem uma população de aproximadamente 421.844 habitantes.
Figura 1. Mapa de enquadramento geográfico da cidade de Quelimane. Fonte: Os autores, (2024).
A área está inserida na cobertura fanerozoica, apresentando formações quaternárias como aluviões ribeirinhas e barreiras costeiras. O material aluvial deriva de rochas gnáissicas e granitoides do Pré-Câmbrico, consistindo em argila pesada sobre areia fina de origem litorânea. As formações costeiras possuem barras de areia fina com presença de ilmenite em profundidade e em praias. Os solos variam conforme as unidades fisiográficas: solos arenosos bem drenados nas barras costeiras, solos argilosos e salinos nos mangais, e solos de argila pesada e mal drenados na planície de inundação (SCHOLTEN, 1987; PALÉ et al., 2023).
O clima do distrito de Quelimane é classificado como “tropical chuvoso de savana AW” (segundo a classificação de Köppen), com duas estações distintas: chuvosa e seca. A precipitação média mensal é de 72 mm, totalizando cerca de 1.428 mm anualmente na região costeira, especialmente na cidade de Quelimane. A evapotranspiração potencial média anual é de aproximadamente 1.477 mm. A maior precipitação ocorre de novembro a abril, com janeiro sendo o mês de maior chuva. A temperatura na área varia entre 16,5°C e 34,3°C, com uma média anual de 25,6°C. Setembro é o mês mais seco, enquanto janeiro apresenta a temperatura mais alta, com média de 28,1°C.
Figura 2. Dados climatológicos para Quelimane (1991 – 2021). Fonte: Os autores, (2024).
A área é drenada pelos rios Licuari, Mucelo, Namacurra e Bons Sinais. Durante a estação seca, o lençol freático varia de 1 a 1,5 m, subindo na estação chuvosa. Próximo ao litoral, aquíferos de baixa produtividade (C1) são formados por depósitos de argilas e areias finas, com risco de salinidade por intrusão marinha. Nas proximidades do rio Licuari, aquíferos aluviais (A2) possuem maior produtividade, permitindo extrações de média e grande escala (SCHOLTEN, 1987; MICOA, 2012 PALÉ et al., 2023).
- Variáveis de mapas temáticos
As imagens utilizadas na pesquisa foram obtidas do banco de dados do USGS, que oferece imagens de satélite de excelente qualidade. Os shapefile da área em estudo foram adquiridos no Centro Nacional de Cartografia e Teledetecção (CENACARTA), que corresponde à cidade de Quelimane. Esses dados ajudam a delimitar o local exato do campo de estudo.
Para o estudo, foram escolhidas imagens do satélite Landsat 9 OLI TIRS, obtidas em 01 de novembro de 2013, 28 setembro de 2018 e 12 outubro de 2023. Essas datas foram cuidadosamente selecionadas devido à falta de nuvens, assegurando que os valores do NDVI espelhassem apenas as propriedades da cobertura do solo, sem a influência do clima.
Antes de serem analisadas, as imagens passaram por uma série de processos técnicos para assegurar a qualidade e exatidão dos resultados. Procedeu-se à correção atmosférica e radiométrica, fundamentais para eliminar interferências provocadas por partículas do ar e ajustar as respostas espectrais das fotografias. As imagens foram reprojetadas para se ajustarem ao sistema de coordenadas adotado, seguidas pela organização das bandas espectrais necessárias para o cálculo do NDVI. A área de interesse foi cortada usando o shapefile da cidade de Quelimane.
O programa ArcGIS 10.3, foi utilizado para o cálculo do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) feito por meio da ferramenta “Calculadora Raster”. A Equação (1) utilizada foi:
Sendo, a banda NIR (proximidade do infravermelho) é sensível à presença de clorofila, enquanto a banda Red (vermelho) é absorvida pela vegetação durante o processo de fotossíntese. A utilização dessas bandas possibilita a identificação e quantificação da densidade da vegetação.
Os valores do NDVI medidos oscilam de 1 a 1. Dados negativos que se aproximam de
1 estão associados a superfícies como água, gelo e nuvens. Valores próximos a zero sinalizam regiões sem cobertura vegetal ou com uma vegetação de escassa abundância. Valores de 0,2 a 0,5 indicam vegetação de porte médio, como gramíneas e arbustos. Por outro lado, valores altos como 0,6 e 0,8 indicam vegetação densa, como as florestas tropicais. Esses intervalos foram definidos com base em pesquisas anteriores, como as realizadas por Mukwada e Manatsa (2018) e Morgan et al. (2020), com o objetivo de compreender as mudanças na cobertura vegetal ao longo do tempo.
Figura 2. Fluxograma dos procedimentos metodológicos. Fonte: Os autores, (2024).
- RESULTADOS E DISCUSSÃO
- Uso e ocupação do solo
A Figura 3 apresenta o mapeamento do uso e cobertura da terra da cidade de Quelimane (Figura 3), observa-se uma diversidade de usos, refletindo tanto a urbanização quanto a presença de áreas naturais e produtivas. A organização desse uso do solo é importante para compreender a dinâmica ambiental e as pressões que a região enfrenta, além de possibilitar o planejamento adequado para o desenvolvimento sustentável. A Tabela 1, mostra a distribuição das principais categorias de uso e cobertura da terra na área estudada.
Figura 3: Mapa do uso e ocupação do solo para a cidade de Quelimane. Fonte: Os autores, (2024).
A Tabela 1 apresenta diferentes usos e coberturas da terra de Quelimane, a área construída ocupa a maior proporção, com 42,55 km² (29,88%), seguida pelas pastagens com 39,92 km² (28,04%) e pela vegetação com 34,35 km² (24,12%). Os corpos de água representam 12,16 km² (8,54%), enquanto as áreas de árvores somam 8,47 km² (5,95%) e as culturas ocupam 4,56 km² (3,20%). Por fim, o solo descoberto cobre a menor extensão, com apenas 0,39 km² (0,27%).
Tabela 1. Quantificação das classes do uso e ocupação do solo da cidade de Quelimane.
| Uso e Cobertura da Terra | Área ocupada | |
| Área (km²) | % | |
| Corpo de água | 12,16 | 8,54% |
| Árvores | 8,47 | 5,95% |
| Vegetação | 34,35 | 24,12% |
| Culturas | 4,56 | 3,20% |
| Área construída | 42,55 | 29,88% |
| Solo descoberto | 0,39 | 0,27% |
| Pastagens | 39,92 | 28,04% |
| Total | 142,40 | 100,00% |
Fonte: Os autores, (2024).
- Índice de Vegetação por Diferença Normalizada
O Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) é uma ferramenta importante para a análise das mudanças na cobertura e uso da terra ao longo do tempo. Os dados de 2013, demostra uma visão da distribuição da cobertura vegetal para a cidade de Quelimane (Figura 4). A partir desses dados, pode-se observar que o Vegetação Bastante Esparsa representava a maior área, seguido pela vegetação espaçada e áreas suscetíveis à desertificação. A vegetação densa e os cursos de água ocupavam proporções menores, refletindo as características ambientais e os impactos da atividade humana e natural na região. Os dados da Tabela 2 fornecem uma linha de base importante para a avaliação das mudanças na cobertura do solo ao longo dos anos.
Figura 4. Mapa do NDVI para o ano de 2013 da cidade de Quelimane. Fonte: Os autores, (2024).
Os dados do NDVI do ano de 2013 (Tabela 2) mostram que o solo exposto ocupava a maior parcela, com 42,05 km² (29,54%), seguido pela vegetação espaçada com 39,40 km² (27,67%) e áreas suscetíveis à desertificação, que abrangiam 32,70 km² (22,97%). A vegetação densa cobria 19,49 km² (13,69%), enquanto os cursos de água representavam 8,72 km² (6,13%).
Tabela 2. Quantificação das classes do NDVI para o ano de 2013 da cidade de Quelimane.
| NDVI 2013 | Área ocupada | |
| Área (km²) | % | |
| Cursos de água | 8,72 | 6,13% |
| Áreas suscetíveis a desertificação | 32,70 | 22,97% |
| Vegetação bastante esparsa | 42,05 | 29,54% |
| Vegetação espaçada | 39,40 | 27,67% |
| Vegetação densa | 19,49 | 13,69% |
| Total | 142,40 | 100,00% |
Fonte: Os autores, (2024).
O mapa do NDVI de 2018 para a cidade de Quelimane (Figura 5) mostram mudanças significativas na distribuição da cobertura do solo na área de estudo.
Figura 5. Mapa do NDVI para o ano de 2018 cidade de Quelimane. Fonte: Os autores, (2024).
Os dados do NDVI do ano de 2018 (Tabela 3) mostram que a vegetação espaçada ocupava a maior parcela, com 40,81 km² (28,66%), seguida pelo solo exposto com 40,04 km² (28,12%) e pelas áreas suscetíveis à desertificação, que abrangiam 27,40 km² (19,24%). A vegetação densa cobria 21,16 km² (14,86%), enquanto os cursos de água representavam 12,96 km² (9,10%).
Tabela 3. Quantificação das classes do NDVI para o ano de 2018 da cidade de Quelimane.
| NDVI 2018 | Área ocupada | |
| Área (km²) | % | |
| Cursos de água | 12,96 | 9,10% |
| Áreas suscetíveis a desertificação | 27,40 | 19,24% |
| Vegetação bastante esparsa | 40,04 | 28,12% |
| Vegetação espaçada | 40,81 | 28,66% |
| Vegetação densa | 21,16 | 14,86% |
| Total | 142,40 | 100,00% |
Fonte: Os autores, (2024).
Os dados do NDVI de 2023 (Figura 6) mostram que a distribuição da cobertura do solo em Quelimane, manteve padrões semelhantes aos anos anteriores, mas com algumas variações.
Figura 6. Mapa do NDVI para o ano de 2023 cidade de Quelimane. Fonte: Os Autores, (2024).
Os dados do NDVI do ano de 2023 mostram que o solo exposto ocupava a maior parcela, com 47,04 km² (33,04%), seguido pela vegetação espaçada com 36,88 km² (25,90%) e pelas áreas suscetíveis à desertificação, que abrangiam 29,50 km² (20,72%). A vegetação densa cobria 19,64 km² (13,79%), enquanto os cursos de água representavam 9,31 km² (6,54%).
Tabela 4. Quantificação das classes do NDVI para o ano de 2018 da cidade de Quelimane.
| NDVI 2023 | Área ocupada | |
| Área (km²) | % | |
| Cursos de água | 9,31 | 6,54% |
| Áreas suscetíveis a desertificação | 29,50 | 20,72% |
| Vegetação bastante esparsa | 47,04 | 33,04% |
| Vegetação espaçada | 36,88 | 25,90% |
| Vegetação densa | 19,64 | 13,79% |
| Total | 142,40 | 100,00% |
Fonte: Elaborado pelo Autor, (2024).
Segundo os dados apresentados na Figura 7, a área ocupada por cursos de água variou entre 2013 e 2023, aumentando de 6,13% em 2013 para 9,10% em 2018, antes de reduzir novamente para 6,54% em 2023, refletindo flutuações no ambiente hídrico. As áreas suscetíveis à desertificação mostraram uma redução entre 2013 e 2018, passando de 22,97% para 19,24%, mas voltaram a aumentar em 2023, representando 20,72%, indicando uma continuidade nos processos de degradação do solo.
O solo exposto, por sua vez, apresentou uma diminuição de 29,54% em 2013 para 28,12% em 2018, mas teve um aumento substancial em 2023, atingindo 33,04%, o que sugere um processo de intensificação da degradação. A vegetação espaçada passou de 27,67% em 2013 para 28,66% em 2018, antes de diminuir novamente para 25,90% em 2023, refletindo mudanças no uso da terra e nas condições ambientais. Por fim, a vegetação densa teve uma leve variação, aumentando de 13,69% em 2013 para 14,86% em 2018, antes de retornar a 13,79% em 2023, indicando flutuações no equilíbrio da vegetação densa ao longo do tempo.
Figura 7. Distribuição de classes do NDVI para o ano de 2013, 2018 e 2023 da cidade de Quelimane. Fonte: Os autores, (2024).
- CONCLUSÃO
O índice NDVI demonstrou ser uma ferramenta eficaz para a classificação e monitoramento da cobertura vegetal da área de estudo, evidenciando alterações significativas na vegetação ao longo do período analisado (2013-2023). Os resultados indicam uma tendência de degradação da vegetação e aumento das áreas suscetíveis à desertificação, fornecendo subsídios importantes para a elaboração de políticas públicas de manejo e conservação ambiental. Além disso, os dados obtidos estão em consonância com estudos prévios, confirmando a variação espacial e temporal da cobertura do solo na região. Contudo, outros métodos de análise poderão ser empregados em investigações futuras, a fim de complementar os resultados e identificar possíveis distorções na interpretação dos dados.
REFERÊNCIAS
Abbas, M. (2022). Efeito das mudanças climáticas nos sistemas de produção em Moçambique: implicações para a segurança alimentar. Observador Rural, 123, 35. Disponível em <https://omrmz.org/wpcontent/uploads/OR-123-Mudanças-climáticas-sistemas-de-produção-e-segurançaalimentar.pdf> acessado em 28 de dez. 2024.
Aburas, M. M., Abdullah, S. H., Ramli, M. F., & Ash’aari, Z. H. (2015). Measuring land cover change in Seremban, Malaysia using NDVI index. Procedia Environmental Sciences, 30, 238-243.
Cerqueira, M. A., Santos, P. O. C., de Farias, V. N. C., Júnior, V. F. C., & Barbosa, R. V. R. (2021). Análise temporal por sensoriamento remoto da supressão de vegetação nativa em vales na cidade de Maceió, Brasil. The Journal of Engineering and Exact Sciences, 7(1), 12151-01.
Herbst, A. I., & de Lucena, A. J. (2022). Análise espaço-temporal da evolução do Ibi e NDVI na zona oeste da cidade do Rio de Janeiro/RJ entre 2001 e 2020. Revista de Geografia-PPGEO-UFJF, 12(2), 139-161.
INE. Instituto Nacional de Estatística. (2024). Estatísticas do Distrito de Quelimane, 2019-2023. Instituto Nacional de Estatística, Moçambique.
Manjate, M. J; Manuel, M. C; Correia, N. P. M. (2023). Análise espaço-temporal pelo índice de vegetação por diferença normalizada (NDVI) para posto administrativo de Macuse, Zambézia, Moçambique.
Melo, E. T., Sales, M. C. L., & Oliveira, J. D. (2011). Application of the normalized difference vegetation index (NDVI) in the analysis of the environmental degradation of the microbasin of Riacho dos Cavalos, Cratéus–CE. RAEGA, 23, 520-533.
MICOA. (2012). Perfil ambiental e mapeamento do uso actual da terra nos distritos da zona costeira de Moçambique, Distrito de Nicoadala Província da Zambézia. Projecto de Avaliação Ambiental Estratégica da Zona Costeira – Moçambique. 2012.
MITADER. Ministério da Terra, Ambiente e Desenvolvimento Rural (Governo de Moçambique). (2015). National Strategy and Action Plan for the Conservation of Biological Diversity. Maputo, 112pp.
MITADER. Ministério da Terra, Ambiente e Desenvolvimento Rural (Governo de Moçambique). (2018). Desflorestamento em Moçambique (2003 – 2016) MITADER. Maputo. 42p
Morgan, B. E., Chipman, J. W., Bolger, D. T., & Dietrich, J. T. (2020). Spatiotemporal analysis of vegetation cover change in a large ephemeral river: Multi-sensor fusion of unmanned aerial vehicle (uav) and landsat imagery. Remote Sensing, 13(1), 51.
Mukwada, G., & Manatsa, D. (2018). Spatiotemporal analysis of the effect of climate change on vegetation health in the Drakensberg Mountain Region of South Africa. Environmental monitoring and assessment, 190, 1-21.
Município de Quelimane. Conselho Municipal da Cidade da Quelimane. (2022). Manual de boas práticas do projecto de construção da estrada / rua n⁰ Josina Machel que liga a rua Av. Maputo.
Palé, S. A., Simbe, M. P. T., & Miguel, L. L. A. J. (2023). Dinâmica hidrogeológica dos aquíferos costeiros da Cidade de Quelimane, Moçambique. Águas Subterrâneas, 37(3).
Rouse, J.W.; Haas, R.H.; Schell, J.A.; Deering, D.W. (1973). Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS. Third Symposium of ERTS, Greenbelt, Maryland, USA. NASA SP-351, V1:309-317.
Scholten, J. H. M. (1987) Estudo de Solos ao Nível de Reconhecimento da Faixa Costeira de Quelimane.1987.
WFP. World Food Programme. (2021). Food security and climate change, the pressing reality of Mozambique (Issue May). Disponível em https://reliefweb.int/report/mozambique/food-security-and-climate-change-pressingreality-mozambique > acessado em 28 de dez. 2024.
[1] Mestrando no Programa de Pós-Graduação em Ciências do Ambiente da Universidade Federal do Tocantins. E-mail: isacmussama7@gamial.com
[2] Doutoranda no Programa de Pós-Graduação em Saúde Pública da Universidade de São Paulo. E-mail: andicenetania@gmail.com
[3] Mestrando no Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul. E-mail: gervasio.magaia@ufms.br