Eco-carbon corridor optimization modeling: um modelo destinado ao planejamento estratégico da paisagem e estoques de carbono
| dc.contributor.advisor | Gomide, Lucas Rezende | |
| dc.contributor.referee | Altoé, Thiza Falqueto | |
| dc.contributor.referee | Monti, Cássio Augusto Uss | |
| dc.creator | Resck, Dimas Vital Sabioni | |
| dc.creator.Lattes | https://lattes.cnpq.br/2580006083327749 | |
| dc.creator.orcid | https://orcid.org/0009-0007-6889-6981 | |
| dc.date.accessioned | 2026-03-03T18:30:43Z | |
| dc.date.issued | 2025-12-10 | |
| dc.description.abstract | Brazilian tropical forests, particularly the Cerrado biome, have been gradually replaced by agricultural and industrial purposes. Due to the socioeconomic nature of these actions, a limitation has been established in the ability of a large portion of society to perceive the resilience of this important habitat in the future. On the other hand, the persistence of degradation processes and the replacement of the Cerrado by other land uses have raised increasing concern, especially among populations living in rural areas in direct contact with this vegetation. In this context, the objective of this study was to develop and test a territorial planning model capable of maximizing future carbon stock and ecological landscape connectivity in medium and long-term scenarios under ecological and budgetary constraints. To this end, the Eco-Carbon Corridor Optimization Modeling (ECCOM) framework was developed using artificial intelligence. The model, based on the Prize-Collecting Steiner Tree Problem, has the ability to integrate priority native vegetation patches into an ecologically connected network, aiming at the conservation and enhancement of carbon stock, as well as the strengthening of gene flow among wildlife populations, when feasible. In addition, ECCOM is coupled with information derived from Cellular Automata modeling, demonstrating versatility in the generation of ad hoc future scenarios and supporting territorial planning oriented toward climate change mitigation, with optimized conservation of native habitats. To test the prototype, an optimized ecological network was designed for an umbrella wildlife species, Tapirus terrestris. The basis for the construction of this network relied on structural and functional ecological connectivity indices for the species, generated in in the software Graphab and incorporated into a Multi-Criteria Decision Analysis framework. Subsequently, the quality of the connections was assessed through an omnidirectional electrical network simulated in the software Circuitscape, in which areas with higher electrical current indicated preferential movement routes for Tapirus terrestris. The objective function of ECCOM consists of maximizing carbon stock within a single, functional network of patches, incorporating into its mathematical formulation the outputs from Circuitscape, the costs associated with assisted regeneration for the establishment of ecological corridors, and variable budget constraints of US$400 thousand, US$1 million, and US$3 million, over a six-year planning horizon (2025– 2030). The combination of these three budgets with scenarios with and without penalization for excessively low-quality, low-current corridors resulted in six prospective scenarios for the year 2040. During the analysis stage, the model exhibited promising performance, showing higher efficiency in lower-cost scenarios, particularly in the scenario in which the Price-Collecting Steiner Tree Problem was applied with penalization. In summary, ECCOM demonstrated a significant reduction in emissions relative to the baseline and additional CO2 removal compared to the initial year of 2024, standing out as a robust and high-potential tool for ecological restoration planning, biodiversity conservation, and climate change mitigation in the Brazilian Cerrado. | |
| dc.description.acaoclimatica | 6. Eficiência energética ou inovação ambiental | |
| dc.description.acaoclimatica | 7. Manejo de resíduos ou recuperação de áreas degradadas | |
| dc.description.areastematicasdaextensao | Cultura | |
| dc.description.areastematicasdaextensao | Meio ambiente | |
| dc.description.areastematicasdaextensao | Tecnologia e produção | |
| dc.description.areastematicasdaextensao | Trabalho | |
| dc.description.concentration | Ciências Florestais | |
| dc.description.ods | ODS 8: Trabalho decente e crescimento econômico | |
| dc.description.ods | ODS 15: Vida terrestre | |
| dc.description.researchLine | Manejo Florestal | |
| dc.description.resumo | As florestas tropicais brasileiras, em especial o Cerrado, vêm sendo gradativamente substituídas por propósitos agrícolas e industriais. Devido à natureza socioeconômica dessas ações, estabelece-se um bloqueio na capacidade de grande parte da sociedade em perceber a resiliência desse importante habitat no futuro. Por outro lado, o prolongamento dos processos de degradação e substituição do Cerrado por outros usos da terra tem despertado crescente preocupação, sobretudo entre populações que vivem em áreas rurais em contato direto com essa vegetação. Diante desse contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e testar um modelo de planejamento territorial capaz de maximizar o estoque futuro de carbono e a conectividade ecológica da paisagem em cenários de médio e longo prazo sob restrições ecológicas e orçamentárias. Para tanto, foi desenvolvido, com o uso de inteligência artificial, o Eco-Carbon Corridor Optimization Modeling (ECCOM). O modelo, baseado no Problema da Árvore de Steiner com Coleta de Prêmios (PCSTP), possui a capacidade de integrar fragmentos prioritários de vegetação nativa em uma rede ecologicamente conectada, visando à conservação e à ampliação do estoque de carbono, assim como o fortalecimento do fluxo gênico de populações silvestres, quando factível. Complementarmente, o ECCOM associa-se a informações provenientes de modelagem por Cellular Automata, demonstrando versatilidade na geração de cenários futuros ad hoc, subsidiando o planejamento territorial voltado à mitigação da mudança climática e à conservação de habitats nativos de forma otimizada. Para testar o protótipo, foi modelada uma rede ecológica otimizada direcionada a uma espécie da fauna guarda-chuva, Tapirus terrestris. A base para a construção dessa rede partiu de índices de conectividade ecológica estrutural e funcional para a espécie, produzidos no Software Graphab e incorporados a uma Análise Multicritério de Decisão. Em seguida, a qualidade das conexões foi avaliada por meio de uma rede elétrica omnidirecional simulada no Software Circuitscape, na qual áreas com maior corrente elétrica indicaram rotas preferenciais de deslocamento da Tapirus terrestris. A função objetivo do ECCOM consiste em maximizar o estoque de carbono em uma rede única e funcional de fragmentos, incorporando na formulação matemática os outputs do Circuitscape, os custos de condução da regeneração natural para a implantação de corredores ecológicos e restrições orçamentárias variáveis de US$ 400 mil, US$ 1 milhão e US$ 3 milhões, ao longo de um horizonte de planejamento de seis anos (2025–2030). A combinação desses três orçamentos com cenários com e sem penalização para corredores de corrente elétrica excessivamente baixa, de menor qualidade, resultou em seis cenários prospectivos para o ano de 2040. Na etapa de análise, o modelo apresentou desempenho promissor, evidenciando maior eficiência nos cenários de menor custo, especialmente naquele em que o PCSTP foi aplicado com penalização. Em síntese, o ECCOM demonstrou redução significativa de emissões em relação à baseline e remoção adicional de CO2 quando comparado ao ano inicial de 2024, destacando-se como uma ferramenta robusta e de alto potencial para o planejamento da restauração ecológica, a conservação da biodiversidade e a mitigação climática no Cerrado brasileiro | |
| dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) | |
| dc.description.tipodeimpacto | Sociais | |
| dc.description.tipodeimpacto | Tecnológico | |
| dc.description.tipodeimpacto | Econômicos | |
| dc.description.tipodeimpacto | Culturais | |
| dc.identifier.citation | RESCK, Dimas Vital Sabioni. Eco-carbon corridor optimization modeling: um modelo destinado ao planejamento estratégico da paisagem e estoques de carbono. 2026. 87 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Florestal) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufla.br/handle/1/60645 | |
| dc.language.iso | pt_BR | |
| dc.publisher | Universidade Federal de Lavras | |
| dc.publisher.college | Escola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL) | |
| dc.publisher.country | brasil | |
| dc.publisher.initials | UFLA | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal | |
| dc.rights | Attribution 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/ | |
| dc.subject | Planejamento territorial | |
| dc.subject | Conectividade ecológica | |
| dc.subject | Estoque de carbono | |
| dc.subject | Cerrado | |
| dc.subject | Corredores ecológicos | |
| dc.subject | Land-use planning | |
| dc.subject | Ecological connectivity | |
| dc.subject | Carbon stock | |
| dc.subject | Brazilian Cerrado | |
| dc.subject | Ecological corridors | |
| dc.subject.cnpq | Ciências Agrárias | |
| dc.title | Eco-carbon corridor optimization modeling: um modelo destinado ao planejamento estratégico da paisagem e estoques de carbono | |
| dc.title.alternative | Eco-carbon corridor optimization modeling – eccom: a Model for strategic landscape planning and carbon stocks | |
| dc.type | dissertação |
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