OPF-MRF: Optimum-path forest and Markov random fields for contextual-based image classification

Some machine learning methods do not exploit contextual information in the process of discovering, describing and recognizing patterns. However, spatial/temporal neighboring samples are likely to have same behavior. Here, we propose an approach which unifies a supervised learning algorithm - namely Optimum-Path Forest - together with a Markov Random Field in order to build a prior model holding a spatial smoothness assumption, which takes into account the contextual information for classification purposes. We show its robustness for brain tissue classification over some images of the well-known dataset IBSR. © 2013 Springer-Verlag.

The igapó of the Negro River in central Amazonia: Linking late-successional inundation forest with fluvial geomorphology

Despite important progress on Amazonian floodplain research, the flooded forest of the Negro River igapó has been little investigated. In particular, no study has previously focused the linkage between fluvial geomorphology and the floristic variation across the course of the river. In this paper we describe and interpret relations between igapó forest, fluvial geomorphology and the spatial evolution of the igapó forest through the Holocene. Therefore, we investigate the effect of geomorphological units of the floodplain and channel patterns on tree diversity, composition and structural parameters of the late-successional igapó forest. Our results show that sites sharing almost identical flooding regime, exhibit variable tree assemblages, species richness and structural parameters such as basal area, tree density and tree heights, indicating a trend in which the geomorphologic styles seem to partially control the organization of igapó's tree communities. This can be also explained by the high variability of well-developed geomorphologic units in short distances and concentrated in small areas. In this dynamic the inputs from the species pool of tributary rivers play a crucial role, but also the depositional and erosional processes associated with the evolution of the floodplain during the Holocene may control floristic and structural components of the igapó forests. These results suggest that a comprehensive approach integrating floristic and geomorphologic methods is needed to understand the distribution of the complex vegetation patterns in complex floodplains such as the igapó of the Negro River. This combination of approaches may introduce a better comprehension of the temporal and spatial evolutionary analysis and a logic rationale to understand the vegetation distribution and variability in function of major landforms, soil distributions and hydrology. Thus, by integrating the past into macroecological analyses will sharpen our understanding of the underlying forces for contemporary floristic patterns along the inundation forests of the Negro River. © 2013 Elsevier Ltd.

Mapeamento da fertilidade do solo utilizando sistema de informação geográfica

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Conhecimento sobre plantas medicinais com atividade de controle do colesterol, pressão arterial e problemas renais, utilizadas pela população residente no Bairro dos Marins município de Piquete - SP

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Digital soil mapping: evaluation of sampling systems for soil surveys and refinement of soil maps at lower cost using legacy data

In soil surveys, several sampling systems can be used to define the most representative sites for sample collection and description of soil profiles. In recent years, the conditioned Latin hypercube sampling system has gained prominence for soil surveys. In Brazil, most of the soil maps are at small scales and in paper format, which hinders their refinement. The objectives of this work include: (i) to compare two sampling systems by conditioned Latin hypercube to map soil classes and soil properties; (II) to retrieve information from a detailed scale soil map of a pilot watershed for its refinement, comparing two data mining tools, and validation of the new soil map; and (III) to create and validate a soil map of a much larger and similar area from the extrapolation of information extracted from the existing soil map. Two sampling systems were created by conditioned Latin hypercube and by the cost-constrained conditioned Latin hypercube. At each prospection place, soil classification and measurement of the A horizon thickness were performed. Maps were generated and validated for each sampling system, comparing the efficiency of these methods. The conditioned Latin hypercube captured greater variability of soils and properties than the cost-constrained conditioned Latin hypercube, despite the former provided greater difficulty in field work. The conditioned Latin hypercube can capture greater soil variability and the cost-constrained conditioned Latin hypercube presents great potential for use in soil surveys, especially in areas of difficult access. From an existing detailed scale soil map of a pilot watershed, topographical information for each soil class was extracted from a Digital Elevation Model and its derivatives, by two data mining tools. Maps were generated using each tool. The more accurate of these tools was used for extrapolation of soil information for a much larger and similar area and the generated map was validated. It was possible to retrieve the existing soil map information and apply it on a larger area containing similar soil forming factors, at much low financial cost. The KnowledgeMiner tool for data mining, and ArcSIE, used to create the soil map, presented better results and enabled the use of existing soil map to extract soil information and its application in similar larger areas at reduced costs, which is especially important in development countries with limited financial resources for such activities, such as Brazil.

Caracterização fitossociológica da vegetação ripária e qualidade da água do córrego do cintra (Botucatu SP) em função da ação antrópica

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Regimes térmico e hídrico em solos sob ecossistemas naturais e área agrícola no Leste da Amazônia

A temperatura e umidade do solo são variáveis cujo conhecimento é fundamental para determinar os balanços de energia e água na biosfera. Os regimes térmico e hídrico dos solos sob cada ecossistema apresentam variações consideráveis, de acordo com sua mineralogia, o clima local e a vegetação. Nesse contexto, as temperaturas e umidades do solo foram medidas sob três ecossistemas existentes na região leste da Amazônia, a saber: floresta nativa (FLONA Caxiuanã, 01° 42' 30" S e 51° 31' 45" W), pastagem nativa (Soure, 00° 43' 25" S e 48° 30' 29" W) e área agrícola (!garapé-Açu, 01° 07' 59" S e 47° 36' 55" W). Os dados de campo na floresta e na pastagem foram coletados entre dezembro de 2001 e fevereiro de 2005; enquanto que na área agrícola, o monitoramento foi limitado de agosto de 2003 a fevereiro de 2005. Estas observações das variáveis físicas do solo foram analisadas levando em consideração as variáveis meteorológicas medidas simultaneamente tais como o fluxo de radiação solar incidente e a precipitação pluviométrica, que interferem diretamente nas variáveis do solo em cada sitio escolhido para estudo. As temperaturas do solo foram monitoradas por meio de sondas térmicas em profundidades de 0,05; 0,20 e 0,50 m. Fluxímetros de calor mediram esta variável em níveis de profundidade em 0,05 e 0,20 m. A umidade volumétrica do solo na camada superior de 0,30 m foi medida por sensor de sonda dupla por Reflectometria no Domínio do Tempo (TDR) em cada sitio. Foram feitas analises considerando as respostas do solo durante o período seco e chuvoso local, nestes três ecossistemas representativos do leste da Amazônia. Estimativas de difusividade térmica aparente do solo foram feitas pelos métodos da amplitude e da fase usando os dados de propagação do pulso diário de calor nesses solos. Os resultados mostraram valores bem diferentes, porém,no primeiro método pareceu mais confiável e adequado para o modelamento numérico. Como esperado, considerando a sua pouca cobertura vegetal, as temperaturas dos solos nos níveis superficiais, apresentaram grandes variações na pastagem e na área agrícola. Inesperadamente, as temperaturas na profundidade de 0,5 m abaixo da floresta mostraram maiores variações de amplitude que as profundidades de 0,20 e 0,05 m. O modelamento numérico das variações temporais da temperatura, em função da profundidade, para cada solo foi feito através do método harmônico Os resultados mostraram que o primeiro harmônico representou mais de 90% da variação total observada do pulso diário da temperatura da pastagem e área agrícola em 0,2 e 0,05 m de profundidade. Performance similar do modelamento foi observada na floresta nos níveis de 0,05 e 0,20 m. A magnitude dos fluxos de calor abaixo da pastagem e área agrícola atingiram valores seis vezes maiores que aqueles observados sob a floresta. Os resultados mostraram que, para a camada do solo superior de 0,30 m, a umidade volumétrica do solo sob a floresta é maior que sob os outros ecossistemas estudados neste trabalho. Este resultado é devido aparentemente; à proteção da floresta contra a evaporação da superfície do solo. Uma análise do comportamento sazonal e diário das temperaturas e umidade solos em resposta à radiação solar e precipitação é apresentada. Estudos de caso da taxa de perda da umidade do solo depois de significativa recarga de água por eventos de precipitação, também foram analisados. Algumas estimativas diárias de diminuição de água e recarga durante a noite e madrugada por subida de água de camadas subjacentes para a camada de 0.30 m foram feitas. Este trabalho analisou a maior serie temporal dos dados de temperatura e umidade dos solos coletados com alta freqüência de amostragem disponível até o momento, para o leste da Amazônia. Foi possível caracterizar as diferenças dos regimes destas variáveis físicas, abaixo de três ecossistemas importantes desta região. Estudos futuros dos minerais e materiais orgânicos nestes solos, bem como dos índices de área foliar e da biomassa das coberturas vegetais desses ecossistemas, melhoraria a compreensão dos regimes descritos neste trabalho.

Inventário de aranhas (Arachnida, Araneae) em quatro fitofisionomias da serra do cachimbo, Novo Progresso, Pará, Brasil

Um inventário da fauna de aranhas foi realizado na Serra do Cachimbo, dentro do Campo de Provas Brigadeiro Venoso, município de Novo Progresso, Pará. As coletas ocorreram em duas expedições, uma na estação seca (agosto e setembro de 2003) e outra na chuvosa (março e abril de 2004). Cada expedição contou com a participação de três coletores. O esforço de amostragem foi de 240 amostras, sendo 96 através de guarda-chuva entomológico e rede de varredura, 96 através de coleta manual noturna e 48 por triagem manual e extratores de Winkler. Foi comparada a diversidade de aranhas de quatro tipos de vegetação, compreendendo áreas de floresta ombrófila aberta, a mata de galeria ao entorno do Rio Formiga, áreas de cerrado (savana arbórea) e áreas de campina. As coletas resultaram em um total de 4964 indivíduos, dos quais 2724 adultos. Foram identificadas 397 morfoespécies em 37 famílias, sendo as mais abundantes Theridiidae, Salticidae e Araneidae e as mais especiosas Salticidae, Araneidae e 'Theridiidae. As espécies representadas por apenas um indivíduo somaram 40% do total e apenas duas espécies apresentaram mais de cem indivíduos. As curvas de riqueza de espécies estimadas atingiram entre 473 (bootstrap) e 674 (jackknife2) espécies. A maior diversidade alfa (índice de Shannon-Wiener) foi encontrada em floresta ombrófila, seguida pela mata de galeria, campina e cerrado. A maior diversidade beta (índices de Jaccard e Morisita-Horn.) foi encontrada entre a floresta e a campina e as menores entre a floresta, cerrado e mata de galeria. A estação seca apresentou mais espécies que a chuvosa, porém essa diferença não foi detectada na campina. Uma análise de componentes principais revelou que algumas espécies demonstraram especificidade pelas vegetações fechadas e outras pela vegetação aberta da campina. Estas diferenças na diversidade e na composição taxonômica entre as vegetações podem ser explicadas devido à variações de recursos alimentares (presas), recursos espaciais (refúgios e substrato para fixação de teias) e fatores microclimáticos (temperatura e umidade) de cada fitofisionomia. O coletor mais experiente coletou mais espécies e os demais amostraram números de espécies semelhantes. As diferenças de abundancia entre as amostras de cada coletor não foram significativas. As coletas noturnas mostraram-se mais eficientes para detectar as diferenças entre a riqueza das fisionomias. Os métodos guarda-chuva entomológico/rede de varredura e coleta de serapilheira não apresentaram diferenças significativas para riqueza de espécies.

Estrutura e influência da sazonalidade na comunidade de borboletas da subfamília Ithomiinae (Lepidoptera: Nymphalidae) na Estação Científica Ferreira Penna, Melgaço, Pará

As borboletas do grupo Ithomiinae são caracterizadas por espécies estritamente neotropicais, consideradas modelos de anéis miméticos e apresentam uma taxonomia relativamente bem conhecida. Por estas razões são frequentemente utilizadas como indicadores biológicos. O presente estudo teve como intuito caracterizar a comunidade de Ithomiinae em uma área de Floresta Ombrófila Densa (terra firme), localizada na Estação Científica Ferreira Penna (Floresta Nacional de Caxiuanã), município de Melgaço, estado do Pará, além de testar a eficiência do protocolo de captura deste grupo. Para isto foram realizadas coletas em uma área de 500 x 500 m, utilizando dois métodos. O primeiro foi o de armadilhas contendo isca de folhas e inflorescências de Heliotropium indicum dentro de cinco parcelas amostrais de 100 x 100 m, sendo que cada uma continha cinco pares de armadilhas (uma sub-bosque e outra no dossel da floresta). O outro método foi o de coletas com redes entorno lógicas entre as parcelas. O período da amostragem foi nos meses de julho, outubro de 2004 e janeiro a novembro de 2005 (cinco dias de coleta mensais). Com um esforço total de 2000 armadilha horas por mês e 40 redes horas por mês foram registrados 1844 indivíduos de Ithomiinae, pertencentes a 14 espécies. As espécies Hypothyris ninonia (Hübner, [1806]) e Napeogenes rhezia (Geyer, [1834]) foram as espécies mais abundantes. Foi encontrada uma diversidade homogênea tanto no sentido horizontal quanto vertical, apesar de ser observada uma preferência da maioria das espécies pelo ambiente de sub-bosque. Foi registrada uma predominância de machos na comunidade da área. Como o grupo apresenta diferenças comportamentais entre indivíduos machos e fêmeas, essa predominância de machos nos registros pode ser resultado de uma seleção dos métodos na captura dos espécimes. Não foi encontrada uma diferença significativa entre a riqueza de espécies registrada pelos diferentes métodos, apesar de três espécies serem obtidas exclusivamente pelas redes, e outras duas pelas armadilhas de isca. Houve uma predominância nos registros de Methona sp. pelas redes entomológicas, sugerindo uma atração diferenciada da espécie pela isca utilizada. Verificou-se uma correlação negativa entre o número de indivíduos coletados e o aumento dos índices de pluviosidade. O estudo apresentou uma baixa riqueza de espécies com amostragem intensiva, a comunidade é representada por espécies abundantes e raras; e apresenta oscilações na abundância conforme a precipitação pluviométrica. As armadilhas de sub-bosque foram mais eficiente. Sugere-se para Ithomiinae a utilização de somente armadilhas no subbosque com isca de Heliotropium indicum.

Efeito das clareiras de ação petrolífera sobre a composição de Drosophilidae (Diptera) na Bacia do Rio Urucu, Coari-Amazonas

Os drosofilídeos são indicadores das condições do ecossistema em relação aos efeitos do desmatamento das florestas tropicais úmidas, atuando indiretamente como ferramentas para a criação de estratégias de conservação dos grandes biomas. Foi conduzido um estudo na área petrolífera do Urucu - Am, com o intuito de comparar a riqueza e diversidade de espécies de drosofilídeos entre os habitats de clareiras artificiais (jazidas), naturais e floresta contínua. No período de 2003 a 2005 foram realizadas três excursões, nas quais foram utilizadas armadilhas contendo isca de banana fermentada. Para tal, foram utilizados 33 sítios: 11 clareiras naturais, 16 clareiras artificiais e seis transectos em floresta contínua. Além disto, foi testada experimentalmente no campo a capacidade de nove espécies desenvolverem-se nos dos habitats estudados. Foram capturados 7.652 insetos, dentre os quais 4.354 pertencentes à ordem Diptera (56,90%), distribuídos em 24 espécies de Drosophilidae, pertencentes a dois subgêneros: Sophophora e Drosophila. O padrão de abundância das espécies foi diferente entre os habitats. O subgrupo willistoni representou 60,54% do total de drosofilídeos, mais concentrado nas áreas de mata (79,09%). O segundo subgrupo mais abundante foi ananassae, representando 10,40% do total de drosofilídeos, concentrado nas jazidas (35,36%). As curvas de acumulação de espécies, com 227 amostras não tenderam a assíntota, com estimativas que variaram de 24 a 34 espécies. A análise de similaridade no coeficiente de Jaccard mostra 55% de semelhança entre os habitats de clareira natura e jazida, enquanto para Morisita ficou em torno de 98, 1 % entre a mata e clareira natural. Em relação ao experimento, D. malerkotliana foi a única espécie do subgrupo ananassae que emergiu em todos os habitats, apresentando diferenças significativas de emergência entre estes (ANOVA, p<0,001). As espécies do subgrupo willistoni apresentaram menores taxas de emergência, porém estas ocorreram apenas nas áreas de floresta independentemente do local de origem das moscas parentais. Estes resultados mostram a eficiência do método utilizado, precisando aumentar o esforço amostral para estimar a riqueza real de drosofilídeos de frutos.

Inventário da araneofauna (Arachnida, Araneae) do Parque Nacional de Sete Cidades, Piauí, Brasil

Foi realizado o inventário da araneofauna do Parque Nacional de Sete Cidades (municípios de Brasileira e Piracuruca, Piauí), utilizando amostragem padronizada para permitir comparações entre as assembléias de aranhas de seis fitofisionomias existentes na área de estudo e obter estimativas de riqueza. Utilizaram-se dados oriundos amostragem com armadilhas de queda (PTF), extratores de Winkler (WIN), guarda-chuva entomológico (GCE), rede de varredura (RV) e coletas manuais noturnas (MN), totalizando 1386 amostras; além do exame de todos os demais espécimes já coletados na área de estudo (n=1166). As análises estatísticas foram realizadas utilizando-se os dados obtidos com GCE, RV e MN. Ao todo, foram coletados 14.890 indivíduos (4491 adultos), segregados em 364 espécies. Destas, 72 foram determinadas a nível específico, 62 são novos registros para a área de estudo, 2 são novos registros para o Brasil e 48 foram reconhecidas como espécies novas por especialistas. A aplicação dos métodos GCE, RV e MN resultou em 11.085 aranhas, pertencentes a 303 espécies. As estimativas de riqueza variaram entre 355 (Bootstrap) e 467 (Jack 2). Entretanto o estimador que apresentou maior tendência a atingir a assíntota foi Chao 2 (403 spp.). A riqueza observada foi maior na mata seca semi-decídua (131 spp.), seguida pela mata de galeria (104 spp.), campo limpo (102 spp.), cerradão (91 spp.), cerrado típico (88 spp.) e cerrado rupestre (78 spp.). A eficiência dos métodos de coleta exibiu variação de acordo com a fitofisionomia onde o método foi aplicado, destacando-se a elevada eficiência da rede de varredura em áreas abertas. A composição de espécies variou entre as fitofisionomias e pode ser, em parte, explicada pela complexidade estrutural das áreas em questão. Os resultados das análises de agrupamento sugerem que em condições de dominância elevada, estes testes sejam realizados com coeficientes que utilizem dados qualitativos, a fim de anular-se o efeito da escolha do coeficiente e/ou a necessidade de transformação dos dados. De maneira geral, a araneofauna do Parque Nacional de Sete Cidades não segue padrões de agrupamento como sugerido para as análises botânicas, em que fitofisionomias campestre, savânicas e florestais são agrupadas.

O emprego da geoestatística na determinação do tamanho "ótimo" de amostras aleatórias com vistas à obtenção de estimativas dos volumes dos fustes de espécies florestais em Paragominas, estado do Pará

O objetivo do trabalho foi determinar o tamanho adequado de amostra para estimar o volume de fustes de espécies florestais de uma população de árvores a serem cortadas no sistema de manejo florestal da empresa Cikel Brasil Verde Madeiras - Pará. Utilizaram-se as metodologias da amostragem sistemática e do estimador geoestatístico da krigagem ordinária com simulação sequencial, respectivamente para a escolha das amostras e estimação dos volumes dos fustes das árvores. Os resultados mostraram que os métodos podem ser utilizados no cálculo dos volumes de fustes de árvores. Entretanto, o método da krigagem apresenta um efeito de suavização, tendo como conseqüência uma subestimação dos volumes calculados. Neste caso, um fator de correção foi aplicado para minimizar o efeito da suavização. A simulação sequencial indicativa apresentou resultados mais precisos em relação à krigagem, uma vez que tal método apresentou algumas vantagens, tal como a não exigência de amostras com distribuições normais e ausência de efeito de suavização, característico dos métodos de interpolação.

Influence of pitfall trap size and design on herpetofauna and small mammal studies in a Neotropical Forest

One of the most commonly used sampling techniques to capture leaf litter amphibians, lizards and small mammals is a set of pitfall traps with drift fences. However, there are still many speculations concerning the effectiveness of different designs of pitfall traps and the most adequate size of each trap. To address this problem, we conducted the first standardized comparison of patterns of species richness, rank-abundance, and community structure of leaf litter amphibians, lizards and small mammals for two trap designs (I and Y format) and three bucket sizes (35, 62, and 100 L) in a Neotropical forest. Results are very similar for the herpetofauna, regardless of the pitfall trap design or size used, while for small mammals values of species richness were higher for 100 L pitfall traps, as compared to the smaller traps. Therefore, the use of 100 L pitfall traps is recommended to sample the terrestrial vertebrate fauna, in multidisciplinary studies. For surveys aiming only the herpetofauna the use of smaller (35 L) traps is acceptable, taking into consideration the cost-benefits obtained by the smaller traps, in comparison to the larger ones.

Natural gaps associated with oxidative stress in Willisornis poecilinotus (Aves: Thamnophilidae) in a tropical forest

Os distúrbios naturais nas florestas tropicais contribuem para heterogeneidade do habitat, alterando os padrões de distribuição das aves. Estas alterações no ambiente elevam o metabolismo, promovendo distúrbios no balanço redox, e em consequência o estresse oxidativo. O objetivo deste estudo foi comparar a abundância de Willisornis poecilinotus entre clareiras e sub-bosque de dossel intacto associando-a a altura da vegetação na Floresta Nacional de Caxiuanã. A seguir, foi avaliado o estresse oxidativo e os fatores promotores de estresse foram determinados nos ambientes selecionados. Foram capturados 81 espécimes de W. poecilinotus. O número de capturas foi superior nas clareiras, quando comparado ao sub-bosque de dossel contínuo. Os espécimes capturados nas clareiras apresentaram índices de estresse oxidativo significativamente elevados. Foi observada correlação significativa entre os marcadores de estresse oxidativo nas clareiras. As variações do biomarcador de dano oxidativo e do estresse oxidativo foram explicadas somente pelo sítio de amostragem. Estes resultados sugerem que as clareiras são sítios de estímulos estressores para W. poecilinotus o que provavelmente resulta da maior demanda metabólica para novas estratégias de forrageio e para evitar a predação.