Abstract Canga ecosystems are iron-rich habitats and pose a challenge for conservation and environmental governance in Brazil. They support high levels of biodiversity and endemism and, at the same time, have suffered intense losses and degradation due to large-scale iron ore mining. The Peixe Bravo River Valley in the Brazilian savanna is one of the last natural canga areas that has yet to face the irreversible impacts of mining. However, there are vast gaps in data on the vegetation cover, location, spatial distribution, and area of occurrence of this ecosystem. Therefore, more information is needed on the appropriate scale, without which it is difficult to establish conservation planning and strategies to prevent, mitigate or compensate for impacts on canga ecosystems. In this study, we provide the first map of canga ecosystems in Brazil using the U-Net deep learning model and Sentinel-2 images. In addition, we estimate the degree of direct threat faced by ecosystems due to the spatial overlap of the mapped cangas and the location of mining concession areas for iron ore exploitation. The deep learning algorithm identified and segmented 762 canga patches (overall accuracy of 98.5%) in an area of 30,000 ha in the Peixe Bravo River Valley, demonstrating the high predictive power of the mapping approach. We conclude that the direct threat to canga ecosystems is high since 99.6% of the observed canga patches are included in mining concession areas. We also highlight that the knowledge acquired about the distribution of cangas through the application of an effective method of artificial intelligence and the use of open-source satellite images is especially important for supporting conservation strategies and environmental public policies.

Resumo Os ecossistemas de Canga, habitats com elevadas concentrações de ferro, são um desafio para conservação e governança ambiental no Brasil. Eles sustentam uma alta biodiversidade e endemismo, e sofreram intensas perdas e degradações de áreas naturais devido à mineração de ferro em larga escala. O Vale do Rio Peixe Bravo, localizado no Cerrado brasileiro, é uma das últimas regiões com ecossistemas de canga que ainda não sofreu impactos irreversíveis da mineração. Mas ainda há ausência de dados sobre a cobertura vegetal, localização, distribuição geográfica e a área de ocorrência desse ecossistema. Portanto, a ausência de informações em escala adequada dificulta o planejamento em conservação e as estratégias para prevenir, mitigar ou compensar os impactos nos ecossistemas de canga. Neste estudo, nós fornecemos o primeiro mapa de ecossistemas de canga no Brasil elaborado a partir de deep learning segmentação U-Net e imagens de satélite Sentinel-2. Além disso, nós estimamos o grau de ameaça direta dos ecossistemas devido a sobreposição espacial das manchas de cangas preditas e a localização dos títulos de concessão minerária para exploração do minério de ferro. O algoritmo de aprendizado profundo identificou 762 manchas de canga (acurácia acima de 98,5%) em uma área de 30.000 ha no Vale do Rio Peixe Bravo, demonstrando o alto poder preditivo do método de mapeamento. Nós estimamos que há um alto grau de ameaça direta aos ecossistemas de canga, uma vez que 99,6% das manchas de cangas preditas estão incluídas em áreas de concessão de mineração. Nós também destacamos que o conhecimento adquirido sobre a distribuição das cangas por meio da aplicação de um método eficaz de inteligência artificial e do uso de imagens de satélite de código aberto é especialmente importante para apoiar estratégias de conservação e políticas públicas ambientais.

The ferruginous rupestrian grasslands (FRG) in the Iron Quadrangle (IQ) are ecosystems characterized by rocky soils with reduced availability of water and nutrients, but high levels of metals. In order to comprehend the interference of microorganisms on the adaptive process of endemic plant Mimosa calodendrum (Fabaceae), bacteria associated with its roots and rhizosphere were isolated. Fourteen isolates were obtained and subsequently grown in the presence of different concentrations of arsenic (As) species. The isolate Mc250, an Alcaligenes faecalis strain, resisted to 10 mM of As (III) and 800 mM of As (V). In the presence of this strain, atomic spectrometer detected a reduction of 55% for As (III) and 72% for As (V) respectively in 10 mM and 500 mM solution. Scanning electron microscopy of this isolate demonstrated morphological modification and EDX spectroscopy revealed the presence of both As species adsorbed on the membrane, justifying the removal observed in the in vitro assays. To validate this potential removal of As in vivo, tomato plants were used as grown model in the presence and absence of A. faecalis in soil previously contaminated with 5 mM of As (III). After 14 days, plants from contaminated soil had their growth improved when compared to untreated control plants. All these results suggest for the first time that plant-associated bacteria from FRG-IQ present potential for soil rhizoremediation and may benefit the adaptive processes of plants in extreme environments including application in recovering degraded areas.

A vegetação nas cangas (afloramentos ferruginosos) abriga dezenas de espécies raras, várias novidades taxonômicas e elevada diversidade alfa e beta. Utilizando um banco de dados constituído por 1.080 táxons de angiospermas, a vegetação associada às cangas no Quadrilátero Ferrífero foi caracterizada a partir dos elementos florísticos, das formas de crescimento e das fisionomias mais frequentes. Analisou-se a distribuição geográfica e os domínios fitogeográficos de 980 espécies. Ainda, com o objetivo de verificar se há distinção entre a vegetação das cangas em relação às de cinco áreas inseridas em sistemas rupestres de Minas Gerais e Bahia, analisou-se a similaridade a partir do número de espécies de 920 gêneros de angiospermas. Em comparação aos sistemas quartzíticos, principalmente os inseridos na Cadeia do Espinhaço, pode-se distinguir a vegetação das cangas pela maior influência de elementos florísticos do domínio Atlântico, maior frequência de sinúsias formadas por árvores e arbustos, riqueza elevada de espécies de gêneros como Solanum e Cattleya e pouca representatividade fisionômica de alguns gêneros típicos dos campos rupestres. Essa distinção parece correlacionar-se com a localização geográfica do Quadrilátero e com as características geomorfológicas e mineralógicas das cangas.

The vegetation in cangas (ironstone outcrops) houses dozens of rare species, several taxonomic novelties, and high alpha and beta diversity. Using a database consisting of 1080 angiosperm taxa, the vegetation associated with cangas in the Iron Quadrangle was characterized by its floristic elements, growth forms, and most frequent physiognomies. We analyzed the geographic distribution and the phytogeographic dominions of the 980 species. Also, in order to verify distinctions between canga vegetation in relation to five areas embedded in rupestral systems of Minas Gerais and Bahia, we analyzed the similarity of 920 angiosperm genera based in the species number. Compared to other rocky systems, especially those within the Espinhaço Range, canga vegetation is distinguished by the greater influence of floristic elements from the Atlantic dominion, greater frequency of arboreal and shrubby sinusiae, high abundance of genera like Solanum and Cattleya, and little physiognomic representation of some typically 'campos rupestres' genera. This distinction appears to be correlated with the geographic location of the Iron Quadrangle as well as the mineral and geomorphological characteristics of cangas.

Afloramentos rochosos têm um papel importante na diversidade vegetal de ecossistemas montanos. As cangas (afloramentos ferruginosos) estão entre os litotipos menos conhecidos e mais ameaçados do sudeste do Brasil, devido às atividades minerarias. Além da composição de espécies, um aspecto fundamental para promover sua conservação e restauração é o conhecimento das formas de vida, síndromes de polinização e dispersão de sementes dominantes. As análises foram baseadas em listas florísticas publicadas de cangas do sudeste do Brasil. Um total de 353 espécies de angiospermas (70 famílias) foi distribuído entre as duas fisionomias predominantes (áreas abertas e capões de mata) em cangas. Dezesseis famílias foram responsáveis por 70% do total de espécies. Comparado ao espectro normal de Raunkiaer, fanerófitos estiveram super-representados e terófitos sub-representados. Os primeiros foram a forma de vida predominante em capões, enquanto que os hemicriptófitos o foram em áreas abertas. A entomofilia foi a síndrome de polinização dominante em ambos os hábitats. A zoocoria foi dominante em capões e foi última em áreas abertas, onde a anemocoria e autocoria prevaleceram. Considerando que ambas as fisionomias estão sujeitas às mesmas condições climáticas, os resultados corroboram a influência de componentes geoedáficos nos três atributos analisados.

Rock outcrops play an important role in enhancing plant diversity in montane ecosystems. Ironstone outcrops (cangas) are among the lithotypes less known and most threatened in SE Brazil, due to mining activities. Besides species composition, a key feature to promote their conservation and restoration is the knowledge of the community prevalent life-forms, pollination and seed dispersal syndromes. The analyses were done based on published floristic surveys of cangas in SE Brazil. A total of 353 species of angiosperms (70 families) were assigned to one of the two predominant physiognomies (open areas and forest islands) on ironstone outcrops. Sixteen families responded for 70% of all species. Compared to Raunkiaer's spectrum, phanerophytes were over- and therophytes were under-represented. Phanerophytes were the predominant life-form in forest islands, while hemicryptophytes were outstanding in open areas. Entomophily was the dominant pollination syndrome in both habitats. Zoochory was dominant in forest islands and ranked last in open areas, where anemochory and autochory prevailed. Considering that both forest islands and open areas are subjected to the same climatic conditions, the results corroborate the influence of geoedaphic components in the three traits analysed.

O objetivo deste trabalho foi caracterizar a estrutura e composição de um campo rupestre sobre canga para servir de base a estudos sobre reabilitação de áreas degradadas pela mineração de ferro. Estudou-se uma canga no Parque Estadual da Serra do Rola-Moça, MG. Em 30 parcelas de 2 m², foram amostrados 2.151 indivíduos pertencentes a 32 espécies e 16 famílias, com diversidade de 2,45 nats/ind. A altura média foi de 15,8 ± 16,3 cm, com 80% dos indivíduos menores do que 25 cm. As famílias mais importantes foram Orchidaceae, Poaceae e Cyperaceae, e as espécies com maior valor de importância foram Andropogon ingratus (Poaceae), Lychnophora pinaster (Asteraceae), Bulbostylis fimbriata (Cyperaceae), Sophronitis caulescens (Orchidaceae) e Sebastiania glandulosa (Euphorbiaceae). Sugere-se que essas espécies mais importantes, aquelas com crescimento clonal como gramíneas, ciperáceas e orquídeas epilíticas, as facilitadoras como Stachytarpheta glabra e Mimosa calodendron e espécies tolerantes a metais pesados como Vellozia spp. sejam candidatas prioritárias em programas de recuperação de áreas degradadas por mineração de ferro.

This work aimed to characterize the structure and composition of a Rupestrian field over ironstone as a basis for rehabilitation studies of areas degraded by iron mining activities. An ironstone outcrop at Serra do Rola Moça State Park, MG, was studied. In 30 plots of 2 m², 2,151 individuals were found, belonging to 32 species and 16 families, with a diversity of 2.45 nats/ind. Mean height was 15.7 ± 16.3 cm, with 80% below 25 cm. The most important families were Orchidaceae, Poaceae, and Cyperaceae, and the species with highest importance value were Andropogon ingratus (Poaceae), Lychnophora pinaster (Asteraceae), Bulbostylis fimbriata (Cyperaceae), Sophronitis caulescens (Orchidaceae), and Sebastiania glandulosa (Euphorbiaceae). We suggest that these species, together with those presenting clonal growth, such as grasses, sedges and epilythic orchids; facilitators, such as Stachytarpheta glabra and Mimosa calodendron; and those tolerant to heavy metals, such as Vellozia spp., be priority candidates in restoration programs in areas degraded by iron ore extraction.