Ecological restoration and structuring processes of plant communities

Interações interespecíficas são consideradas importantes forças estruturadoras da vegetação. Enquanto a competição aparentemente prevalece em ambientes com menor estresse abiótico, a facilitação tende a aumentar em importância em ambientes de maior estresse. Consequentemente, é esperado que a facilitação desempenhe um papel importante em áreas tropicais degradadas, nas quais as condições abióticas, envolvendo altos níveis de irradiação, temperatura e evapotranspiração, são muito distintas das condições ótimas para a maioria das espécies florestais. Além disso, face à complexidade dos processos estruturadores de comunidades florestais tropicais altamente diversas, os ecólogos têm percebido a necessidade de simplificação. Um caminho promissor para isso é por meio do uso de características funcionais, que podem ser medidas para qualquer espécie e comparadas em diferentes sistemas e locais. No entanto, em áreas degradadas ainda é incerta a relação entre as características funcionais e o desempenho das espécies. Neste contexto, planejamos um projeto de restauração na planície costeira do sudeste brasileiro para comparar o crescimento e a sobrevivência de mudas de árvores plantadas em diferentes densidades (sistema isolado ou sistema agregado) em um experimento fatorial com adição de nutrientes. No primeiro capítulo analisamos a sobrevivência, altura, diâmetro ao nível do solo e projeção da copa de 4.132 mudas de 19 espécies de diferentes classificações sucessionais, durante um período de 18 meses. Usamos modelos de efeitos mistos para analisar a relação entre o desempenho de espécies e os tratamentos e selecionamos os melhores modelos utilizando o critério de informação de Akaike (AIC). Verificamos uma maior sobrevivência nos sistemas agregados para as espécies não-pioneiras, indicando o predomínio do processo de facilitação. Em contrapartida, constatamos um menor crescimento em diâmetro nos sistema de plantio agregado, indicando o predomínio de competição. A adição de nutrientes não afetou a sobrevivência nos sistemas agregados, mas, surpreendentemente, teve um efeito negativo sobre as plantas isoladas. Além disso, a adição de nutrientes teve um efeito positivo sobre crescimento, diâmetro e projeção da copa nos sistemas de plantio agregado (indicando a redução da competição), especialmente para espécies pioneiras. Uma vez que o estabelecimento de espécies não-pioneiras em áreas degradadas pode ser bastante difícil, a facilitação para a sobrevivência dessas espécies em sistemas agregados pode ser utilizada como instrumento para melhorar os modelos de restauração. No segundo capítulo utilizamos algumas características funcionais que são facilmente mensuráveis para investigar sua relação com o crescimento e sobrevivência das mudas. Além disso, testamos o efeito das interações interespecíficas na relação das características funcionais com o desempenho das plantas. Para espécies pioneiras, uma maior área foliar específica (SLA - Specific leaf area), foi relacionada com uma maior taxa de sobrevivência. Entretanto, ao considerarmos as relações interespecíficas (sistemas agregados), maior SLA foi relacionada com uma menor taxa de sobrevivência. Em geral, as características funcionais explicaram apenas parcialmente o desempenho de mudas no contexto de restauração de áreas degradadas. Nosso trabalho contribuiu para a discussão sobre o potencial da aplicação prática da abordagem funcional na escolha das espécies para a recuperação de áreas degradadas. O caráter manipulativo da restauração ecológica baseada no plantio de mudas amplia as perspectivas para implementar experimentos que visem testar novas hipóteses em ecologia e refinar modelos de restauraçãoInterspecific interactions are considered to be important structuring forces in early successional vegetation. Whereas competition seems to prevail in less severe environments, facilitation tends to increase in importance in harsh environments. Hence, facilitation is expected to play an important role in degraded tropical areas with high irradiance, heat loads, and evapotranspiration, where conditions are far from optimum for most forest species. Moreover, in order to understand complex structuring process of high diverse tropical forests, ecologists have realized the need for simplification. A promising way to do that is through the use of functional traits, which can be measured for any species and compared in different systems and different locations around the world. However, in these conditions, little is known about the role of species interaction on the relation of functional traits and species performance. In this scenario, we planned a restoration project on the southeastern Brazilian coastal plain to compare growth and survival of tree seedlings planted at two densities (isolated or aggregated) in a factorial experiment with nutrient addition. In the first chapter we analyzed survival, height, ground level diameter, and crown projection of 4,132 saplings from 19 species that ranged along a successional gradient, over an 18-month period. We used mixed-effect models to analyze the relationship between species performance and treatments, and Akaike\'s information criterion (AIC) to select the models. The best model showed higher survival in aggregated plantations (indicating facilitation) for non-pioneer species. In contrast, we found lower diameter growth in aggregated plantation (indicating competition). Fertilizer addition did not affect survival in clusters, but, surprisingly, it had a negative effect on isolated plants of both pioneer and non-pioneer species. On the other hand, fertilizer addition had a positive effect on diameter and crown projection growth in aggregated plantations (reducing competition), especially for pioneer species. Thus, whether facilitation or competition was the predominant interaction depended on the response analyzed. We concluded that, as establishment of non-pioneer species in disturbed sites can be challenging, restoration designs could take advantage of higher survival rates in clusters and use resource addition to ameliorate growth and decrease competition for limited resources. In the second chapter we used the core simple-measurable traits to investigate whether functional traits were related to growth and survival and whether there was a difference in the effect of the functional traits on plant performance of isolated individuals or of individuals subjected to interaction with neighbors. Our main findings were that for pioneer species, the greater the specific leaf areas (SLA), the greater the survival rates, but, under aggregated conditions, the greater the SLA the lower the survival rates. However, functional traits only partially explained saplings performance in a restoration context and more research is needed to understand its role in predicting seedlings outcomes, especially considering the potential applicability of this methodological approach. The manipulative character of ecological restoration broadens perspectives to use experiments to generate and test new hypotheses in ecology and to refine restoration model