Effects of drought on vegetation in the Riacho do Pontal basin – Pernambuco

Authors

  • Reginaldo Lourenço Pereira Júnior Universidade Federal de Pernambuco https://orcid.org/0000-0002-5052-3008
  • Rejane Magalhães de Mendonça Pimentel Universidade Federal Rural de Pernambuco - UFRPE
  • Josiclêda Domiciano Galvíncio Universidade Federal de Pernambuco – UFPE

DOI:

https://doi.org/10.29150/jhrs.v14i2.262203

Keywords:

Biomass, Caatinga, Leaf Area Index, Normalized Difference Vegetation Index, Standardized Soil Moisture Index

Abstract

Vegetation depends on water for the development of its physiological functions. In this context, the study investigated the influence of drought events on the vegetation of the Riacho do Pontal basin. Using the Hydrological Response Units System for Pernambuco (SUPer), the variables SW_END (Water content in mm in the HRU), LAI (Leaf area index) and BIOM (Total plant biomass) were obtained. SW_END values were used to calculate the Standardized Soil Moisture Index (SSMI) and understand drought dynamics. Images from the Landsat 8 satellite were used to calculate the NDVI. The SSMI values from the different time scales were correlated with the LAI, Biomass and NDVI values using Pearson's correlation and principal component analysis. Regarding drought dynamics, the sites showed a high occurrence of months with drought on all scales, with a dominance of months with weak drought on the 1-, 3- and 12-month scales and severe drought on the 6-month scale. NDVI averages ranged from 0.29 to 0.66. LAI and biomass averaged between 0.14 and 0.58 and between 0.27 and 4.58, respectively. The values of the vegetation characteristics showed higher averages in the HRUs of perennial crops. The results of the correlation and principal component analysis showed that biomass, LAI and NDVI were predominantly positively correlated at the 6-month and 12-month scales. In this context, vegetation dynamics can be influenced by drought events.

Author Biography

Reginaldo Lourenço Pereira Júnior, Universidade Federal de Pernambuco

Doutorando pelo Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente (PRODEMA) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Mestre pelo Programa de Pós-graduação em Desenvolvimento e Meio Ambiente (PRODEMA) pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Licenciado em Ciências Biológicas pela Universidade Católica de Pernambuco (UNICAP). Participou do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação à Docência (PIBID) e do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação Científica (PIBIC).

References

Abbas, T., Nabi, G., Boota, M.W., Hussain, F., Faisal, M., Ahsan, H., 2015. Impacts of landuse changes on runoff generation in Simly watershed. Science International, 27(4), 4083-4089.

Abd-El Monsef, H., Smith, S.E. 2017. A new approach for estimating mangrove canopy cover using Landsat 8 imagery. Computers and Electronics in Agriculture, 135, 183-194.

Agência Estadual do Meio Ambiente - CPRH, 2022a. Parque Estadual Serra do Areal. 2022. Disponível em: http://www2.cprh.pe.gov.br/uc/parque-estadual-serra-do-areal. Acesso em: 26 ago. 2022.

Agência Estadual do Meio Ambiente - CPRH, 2022b. RVS Riacho Pontal. 2022. Disponível em: http://www2.cprh.pe.gov.br/uc/rvs-riacho-pontal. Acesso em: 26 ago. 2022.

Al-Quraishi, A.M.F., Gaznayee, H.A., Crespi, M. 2021. Drought trend analysis in a semi-arid area of Iraq based on Normalized Difference Vegetation Index, Normalized Difference Water Index and Standardized Precipitation Index. Journal of Arid Land, 13(4), 413-430.

Andrade, C.W.L., Montenegro, S.M.G.L., Lima, J.R.S., Montenegro, A.A.A., Magalhães, A.G., 2017a. Modelagem hidrológica sob escassez de dados na Bacia do Alto Mundaú, Nordeste do Brasil. Journal of Environmental Analysis and Progress, 02(03), 227-238.

Andrade, C.W.L., Montenegro, S.M.G.L., Lima, J.R.S., Montenegro, A.A.A., Magalhães, A.G., 2017b. Modelagem hidrológica sob mudanças na cobertura vegetal de uma bacia hidrográfica no Nordeste do Brasil. Journal of Environmental Analysis and Progress, 02(03), 239-248.

Andrade, C.W.L., Montenegro, S.M.G.L., Lima, J.R.S., Montenegro, A.A.A., Srinivasan, R., 2017c. Análise de sensibilidade de parâmetros do modelo SWAT em uma sub-bacia da Região Nordeste, Brasil. Revista Brasileira de Geografia Física, 10(2), 440-453.

Andrade, C.W.L., Montenegro, S.M.G.L., Montenegro, A.A.A., Lima, J.R.S., Srinivasan, R., Jones, C.A., 2019. Soil moisture and discharge modeling in a representative watershed in northeastern Brazil using SWAT. Ecohydrology & Hydrobiology, 19(2), 238-251.

Aquino, L.L., 2023. A influência das secas na história de Patos - Paraíba. Dissertação (Mestrado). Pombal-PB, UFCG.

Araújo, J.D.P., 2014. Efeito dos estresses de seca e calor sobre Plântulas de pinhão manso (Jatropha curcas L.). Dissertação (Mestrado). Macaíba- RN, UFRN.

Batista, D.F., Albuquerque, T.M.A. 2022. Impacto da Seca na Agricultura dos Territórios Agreste Central, Alto Sertão e Centro-Sul de Sergipe. Revista Brasileira de Meteorologia, 37(1), 81-88.

Brito, P.V.S., Morais, Y.C.B., Ferreira, H.S., Silva, J.F., Galvíncio, J.D. 2017. Análise comparativa da umidade da vegetação de áreas de caatinga preservada, agricultura irrigada e sequeiro. Journal of Environmental Analysis and Progress, 02(03), 493-498.

Brito, P.V.S., Santos, T.O., Morais, Y.C.B. 2020. Análise da sazonalidade da vegetação de caatinga do município de Petrolina (Pernambuco) a partir de imagens do satélite Landsat 8 – OLI. Revista Brasileira de Sensoriamento Remoto, 1(1), 29-37.

Cao, S., Zhang, L., He, Y., Zhang, Y., Chen, Y., Yao, S., Yang, W., Sun, Q., 2022. Effects and contributions of meteorological drought on agricultural drought under different climatic zones and vegetation types in Northwest China. Science of The Total Environment, 821, 153270.

Corona, J., Doley, T., Griffiths, C., Massey, M., Moore, C., Muela, S., Rashleigh, B., Wheeler, W., Whitlock, S.D., Hewitt, J., 2020. An integrated assessment model for valuing water quality changes in the United States. Land Economics, 96(4), 478-492.

Farias, C.W.L.A., Montenegro, S.M.G.L., Montenegro, A.A.A., Lima, J.R.S., Srinivasan, R., Jones, C.A., 2020. Modeling runoff response to land-use changes using the SWAT model in the Mundaú watershed, Brazil. Journal of Environmental Analysis and Progress, 05(02), 194-206.

Faustino, A.B., Ramos, F.F., Silva, S.M.P., 2014. Dinâmica temporal do uso e cobertura do solo na Bacia Hidrográfica do Rio Doce (RN) com base em Sensoriamento Remoto e SIG: uma contribuição aos estudos ambientais. Sociedade e Território, 26(2), 18-30.

Fernandes, V.R., Cunha, A.P.M.A., Pineda, L.A.C., Leal, K.R.D., Costa, L.C.O., Broedel, E., França, D.A., Alvalá, R.C.S., Seluchi, M.E., Marengo, J.A. 2021. Secas e os impactos na Região Sul do Brasil. Revista Brasileira de Climatologia, 28, 561-584.

Ferreira, J.M.S., Ferreira, H.S., Silva, H.A., Santos, A.M., Galvíncio, J.D. 2012. Análise Espaço-Temporal da Dinâmica da Vegetação de Caatinga no Município de Petrolina-PE. Revista Brasileira de Geografia Física, 04, 904-922.

Ferreira, P.S., Santos, A.M., Ferreira, J.M.S., Ferreira, H.S., Galvíncio, J.D., 2017. Análise da suscetibilidade à desertificação na bacia hidrográfica do rio Pontal – Pernambuco - Brasil. Investigaciones Geográficas, (53), 37-50.

Ferreira, S.J.F., Luizao, F.J., Dallarosa, R.L.G., 2005. Precipitação interna e interceptação da chuva em floresta de terra firme submetida à extração seletiva de madeira na Amazônia Central. Acta Amazonica, 35(1), 55-62.

Ferreira, T.R., Silva, B.B., Moura, M.S.B., Verhoef, A., Nóbrega, R.L.B., 2020. The use of remote sensing for reliable estimation of net radiation and its components: a case study for contrasting land covers in an agricultural hotspot of the Brazilian semiarid region. Agricultural and Forest Meteorology, 291, 108052.

França, P.H.T., Silva, E.C.A., Silva, T.C., Brasil, N.A., Nogueira, R.J.M.C., 2017. Análise fisiológica em mudas de guanandi (Calophyllum brasiliense Cambess.) submetidas ao déficit hídrico. Agropecuária Científica no Semiárido, 13(4), 264-269.

Galvíncio, J.D. 2021. Impacto do aumento de CO2 nas precipitações do estado de Pernambuco. Revista Brasileira de Geografia Física, 14(03), 1828-1839.

Galvíncio, J.D., Mendes, S.M., Souza, W.M., Morais, Y.C.B., Miranda, R.Q., Moura, M.S.B., Santos, W., 2020. Correlação linear entre a precipitação e o Índice de Área Foliar do bioma Caatinga. Revista Brasileira de Geografia Física, 13(07), 3304-3313.

Galvíncio, J.D., Miranda, R.Q., Moura, M.S.B., Montenegro, S.M.G. 2022. ADIVA-Análise de Índice de Vegetação e Água. Revista Brasileira de Geografia Física, 15(03), 1654-1659.

Gomes, A.A., Silva, A.C., 2022. Effects of droughts on carbon allocation in plants. Nativa 10(2), 142-153.

Guedes, R.V.S., Macedo, M.J.H., Sousa, F.A.S. 2012. Análise espacial de eventos de secas com base no índice padronizado de precipitação e análise de agrupamento. Revista Brasileira de Ciências Ambientais, 23, 55-65.

Hammer, Ø., Harper, D.A.T., Ryan, P.D., 2001. PAST: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica. 4(1).

Huang, B., Chen, Y-E., Zhao, Y-Q., Ding, C-B., Liao, J-Q., Hu, C., Zhou, L-J., Zhang, Z-W., Yuan, S., Yuan, M. 2019. Exogenous Melatonin Alleviates Oxidative Damages and Protects Photosystem II in Maize Seedlings Under Drought Stress. Frontiers in Plant Science, 10, 677.

Inocêncio, T.M., Ribeiro Neto, A., Souza, A.G.S.S., 2020. Soil moisture obtained through remote sensing to assess drought events. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 24 (9), 575-580.

Jia, Q., Wang, Y-P., 2021. Relationships between Leaf Area Index and Evapotranspiration and Crop Coefficient of Hilly Apple Orchard in the Loess Plateau. Water 13(14), 1957.

Kahiu, M.N., Hanan, N.P., 2018. Estimation of woody and herbaceous leaf area index in Sub-Saharan Africa using MODIS data. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 123(1), 3-17.

Kim, K., Wang, M-C., Ranjitkar, S., Liu, S-H., Xu, J-C., Zomer, R.J. 2017. Using leaf area index (LAI) to assess vegetation response to drought in Yunnan province of China. Journal of Mountain Science, 14(9), 1863-1872.

Lacerda, A.C, Albuquerque, J.V., Galvíncio, J.D., 2017. Área legalmente protegida sob conflito: o caso da Reserva de Vida Silvestre Tatu-Bola, Estado de Pernambuco, Brasil. Revista Brasileira de Gestão Ambiental e Sustentabilidade, 4(7), 191-202.

Lopes, I., Ramos, C.M.C., Leal, B.G., Silva, D.A.O. 2019. Caracterização ambiental espaço-temporal da Bacia Hidrográfica do Rio Pontal no Estado de Pernambuco. Revista Ambientale, 11(1), 34-45.

Lupu, L., Boroneanţ, C., Dogaru, D. 2018. Evaluation of the socioeconomic effects of drought in the Turnu Măgurele–Giurgiu sector of the Romanian Danube Valley. Romanian Journal of Geography, 62(1), 49-70.

Martins, L.L., Martins, W.A., Moraes, J.F.L., Pedro Júnior, M.J., De Maria, I.C., 2020. Calibração hidrológica do modelo SWAT em bacia hidrográfica caracterizada pela expansão do cultivo da cana-de-açúcar. Revista Brasileira de Geografia Física, 13(02), 576-594.

Menezes, J.P.C., Bittencourt, R.P., Farias, M.S., Bello, I.P., Fia, R., Oliveira, L.F.C., 2016. Relação entre padrões de uso e ocupação do solo e qualidade da água em uma bacia hidrográfica urbana. Engenharia Sanitaria e Ambiental, 21(03), 519-534.

Miranda, R.Q., Galvíncio, J.D., Morais, Y.C.B., Moura, M.S.B., Jones, C.A., Srinivasan, R., 2018. Dry forest deforestation dynamics in Brazil’s Pontal basin. Revista Caatinga, 31(2), 385-395.

Nascimento, K.R.P., Alves, E.R., Alves, M.V.S., Galvíncio, J.D. 2020. Impacto da precipitação e do uso e ocupação do solo na cobertura vegetal na Caatinga. Journal of Environmental Analysis and Progress, 05(02), 221-231.

Oliveira, A.C., Araujo, A.F.B., Lacerda, C.F., Canjá, J.F., Pinho, L.L., Sousa, N.I.G. 2020. Influência da irrigação suplementar com águas residuárias sobre as trocas gasosas foliares do algodoeiro. Irriga, 25(4), 677-682.

Oliveira, L.M., Silva, J.N., Coelho, C.C.R., Neves, M.G., Silva, R.T.L., Oliveira Neto, C.F., 2013. Pigmentos fotossintetizantes, aminoácidos e proteínas em plantas jovens de graviola submetida ao déficit hídrico. Revista Agroecossistemas, 5(1), 39-44.

Oliveira, L.M.M., Montenegro, S.M.G.L., Antonino, A.C.D., Machado, C.C.C., Oliveira, T.H., Silva, B.B., Galvíncio, J.D., 2011. Diagnóstico do albedo de superfície e índice de área foliar na bacia hidrográfica do rio Tapacurá - PE. Anais XV Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Curitiba, PR, Brasil, 2011, INPE. p.5284-5291.

Oliveira, T.H., Oliveira, J.S.S., Pimentel, R.M.M., Galvíncio, J.D., 2022. Spatial evolution of land use and land cover for the Tatu-Bola Wildlife Refuge - Pernambuco, using orbital images. Journal of Hyperspectral Remote Sensing, 12(1), 038-059.

Paterniani, M.E.A.G.Z., Bernini, C.S., Guimarães, P.S., Rodrigues, C.S., 2019. Estratégias de melhoramento para tolerância à seca em germoplasma de milho tropical. Singular. Meio Ambiente e Agrárias, 1(1), 19-24.

Rodrigues, V.A., Sánchez-Román, R.M., Tarjuelo, J.M., Sartori, M.M.P., Canales, A.R., 2015. Avaliação do escoamento e interceptação da água das chuvas. Irriga, 1(1), 1-13.

Santana, A.S., Santos, G.R. 2020. Impactos da seca de 2012-2017 na região Semiárida do Nordeste: notas sobre a abordagem de dados quantitativos e conclusões qualitativas. Boletim Regional, Urbano e Ambiental, 22, 119-129.

Santos, H.R.B., Silva, E.C., Nogueira, R.J.M.C., 2017. Initial Growth and Compatible Solutes Concentration in Seedlings of Two Genotypes of Psidium Araca Raddi (Myrtaceae) in Response to Water Suppression. Gaia Scientia, 11(4), 45-56.

Serviço Geológico dos Estados Unidos-USGS. 2024. EarthExplorer. Disponível em: <https://earthexplorer.usgs.gov>. Acesso em: 04 de março de 2024.

Silva, E.R.A.C., Miranda, R.Q., Ferreira, P.S., Gomes, V.P., Galvíncio, J.D., 2016. Estimativa do Estresse Hidrológico na Bacia Hidrográfica do Riacho do Pontal-PE. Caderno de Geografia, 26(47), 844-861.

Silva, E.R.A.C., Morais, Y.C.B., Silva, J.F., Galvíncio, J.D., 2015. Consumo de água na irrigação para cultivo da bananeira nas condições edafoclimáticas da bacia do riacho do Pontal no Semiárido de Pernambuco. Revista Brasileira de Geografia Física, 8(3), 921-937.

Silva, L.G., Galvíncio, J.D. 2012. Análise Comparativa da Variação nos Índices NDVI e SAVI no Sítio PELD–22, em Petrolina–PE, na Primeira Década do Século XX. Revista Brasileira de Geografia Física, 05(06), p. 1446-1456.

Silva, M.T., Silva, V.P.R., Sousa, E.P., Oliveira, S.D. 2012. Análise de Risco de Degradação na Bacia Hidrográfica do Riacho do Pontal - PE. Revista Brasileira de Geografia Física, 5(3), 646–660.

Sousa, W.S., Viana, J.F.S., Silva, R.R., Irmão, R.A., 2018. Estimativa do balanço hídrico de uma sub-bacia da Bacia Hidrográfica do Rio Ipanema com o Modelo SWAT. Journal of Environmental Analysis and Progress, 03(01), 146-154.

Souza, C.M.Jr., Shimbo, J.Z., Rosa, M.R., Parente, L.L., Alencar, A.A., Rudorff, B.F.T., Hasenack, H., Matsumoto, M., Ferreira, L.G., Souza-Filho, P.W.M., Oliveira, S.W., Rocha, W.F., Fonseca, A.V., Marques, C.B., Diniz, C.G., Costa, D., Monteiro, D., Rosa, E.R., Vélez-Martin, E., Weber, E.J., Lenti, F.E.B., Paternost, F.F., Pareyn, F.G.C., Siqueira, J.V., Viera, J.L., Ferreira Neto, L.C., Saraiva, M.M., Sales, M.H., Salgado, M.P.G., Vasconcelos, R., Galano, S., Mesquita, V.V., Azevedo, T., 2020. Reconstructing Three Decades of Land Use and Land Cover Changes in Brazilian Biomes with Landsat Archive and Earth Engine. Remote Sensing 12(17), 2735.

Uliana, E.M., Reis, E.F., Souza, A.P., Silva, J.G.F., Xavier, A.C. 2015. Utilização do índice de precipitação padronizado para a região Norte do estado do Espírito Santo. Irriga, 20(3), 414-428.

Viana, J.F.S., Montenegro, S.M.G.L., Silva, B.B., Silva, R.M., Sousa, W.S., 2018. Modelagem hidrológica da Bacia Hidrográfica do Rio Pirapama-PE utilizando o modelo SWAT. Journal of Environmental Analysis and Progress, 03(01), 155-172.

Vieira, S. Introdução à bioestatística. 4. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2011. 345 p.

Yaseen, Z.M., Ali, M., Sharafati, A., Al-Ansari, N., Shahid, S. 2021. Forecasting standardized precipitation index using data intelligence models: regional investigation of Bangladesh. Scientific reports, 11(1), 3435.

Yen, H., Daggupati, P., White, M.J., Srinivasan, R.,

Gossel, A., Wells, D., Arnold, J.G., 2016. Application of large-scale, multi-resolution watershed modeling framework using the Hydrologic and Water Quality System (HAWQS). Water 8(4), 164.

Zhang, X., Maggioni, V., Rahman, A., Houser, P., Xue, Y., Sauer, T., Kumar, S., Mocko, D., 2020. The influence of assimilating leaf area index in a land surface model on global water fluxes and storages. Hydrology and Earth System Sciences, 24(7), 3775-3788.

Zheng, D., Wang, Y., Shao, Y., Wang, L., 2019. The Vegetation Dynamics and Climate Change Responses by Leaf Area Index in the Mu Us Desert. Sustainability 11(11), 3151.

Zhu, P., Zhang, G., Wang, H., Zhang, B., Liu, Y., 2021. Soil moisture variations in response to precipitation properties and plant communities on steep gully slope on the Loess Plateau. Agricultural Water Management, 256, 107086.

Downloads

Published

2025-01-16

How to Cite

Pereira Júnior, R. L., Rejane Magalhães de Mendonça Pimentel, & Josiclêda Domiciano Galvíncio. (2025). Effects of drought on vegetation in the Riacho do Pontal basin – Pernambuco. Journal of Hyperspectral Remote Sensing, 14(2), 986–998. https://doi.org/10.29150/jhrs.v14i2.262203

Issue

Vol. 14 No. 2 (2024): Journal of Hyperspectral Remote Sensing

Section

Hyperspectral remote sensing and Atmosphere

License

Copyright (c) 2024 Journal of Hyperspectral Remote Sensing

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Material protegido por direitos autorais e plágio. No caso de material com direitos autorais a ser reproduzido no manuscrito, a atribuição integral deve ser informada no texto; um documento comprobatório de autorização deve ser enviado para a Comissão Editorial como documento suplementar. É da responsabilidade dos autores, não da RBGF ou dos editores ou revisores, informar, no artigo, a autoria de textos, dados, figuras, imagens e/ou mapas publicados anteriormente em outro lugar. Se existir alguma suspeita sobre a originalidade do material, a Comissão Editorial pode verificar o manuscrito por plágio. Nos casos em que o plágio for confirmado, o manuscrito será devolvido sem revisão adicional e sem a possibilidade de re-submissão. Auto-plágio (ou seja, o uso de frases idênticas de documentos publicados anteriormente pelo mesmo autor) também não é aceitável.

Most read articles by the same author(s)