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A pecuária exerce grande importância na economia do Brasil, com as áreas de pastagens ocupando ~ 30% da área total do país. Igualmente significativos são os impactos ambientais associados a esta atividade. Entre outros, estima-se que a cadeia de produção pecuária seja responsável por algo em torno de 50% das emissões totais de gases de efeito estufa no país. Dentro deste contexto, e tendo em vista a necessidade de se otimizar, de forma economicamente e ambientalmente sustentáveis, a ocupação destas áreas, consideradas importantes reservas de terras à expansão agrícola em geral, neste trabalho apresentamos um modelo matemático inédito, o qual, tendo por referência o Estado de Goiás (bioma Cerrado), busca identificar, com base em um amplo conjunto de atributos físicos, biofísicos e socioeconômicos, diferentes alternativas e cenários de uso para as áreas de pastagens cultivadas. A solução ótima padrão avaliada indica que, enquanto 77% destas áreas devem permanecer como estão e com as mesmas taxas de ocupação, 12% das pastagens atuais devem ser destinadas à restauração da vegetação natural, 4% à expansão da área plantada com cana-de-açúcar e 7% submetidas ao incremento da lotação bovina. A nossa expectativa é de que o modelo proposto possa ser aplicado em diferentes regiões, conjuntos de dados, cenários e escalas de análise. Independentemente da precisão das soluções encontradas, as quais dependem, entre outros fatores, dos atributos escolhidos e disponibilidade e confiabilidade dos dados, estas certamente se constituem em importante subsídio à formulação de políticas públicas voltadas à melhor governança territorial e ambiental de paisagens naturais remanescentes ameaçadas, como é particularmente o caso do bioma Cerrado.