Comparison of discrete and continuum community models : insights from numerical ecology and Bayesian methods applied to Azorean plant communities

Dissertação de Mestrado, Biodiversidade e Biotecnologia, 06 de fevereiro de 2018, Universidade dos Açores.A nossa visão da ecologia de comunidades tem evoluído ao longo do tempo, partindo de duas visões extremas das comunidades vegetais, uma em que foram consideradas como associações de espécies, conduzidas por coincidências aleatórias, e outra em que foram consideradas como organismos complexos com claras interdependências. A abordagem fitossociológica está principalmente ligada à última abordagem, incluindo o desenvolvimento da sintaxonomia. Mais recentemente, as comunidades biológicas tendem a ser vistas como um conjunto de comunidades locais ligadas através da dispersão de múltiplas espécies que, potencialmente, interagem entre si (i.e., uma metacomunidade). Este conceito de metacomunidade, tem sido usado para explicar dinâmicas espácio-temporais. Têm sido propostos diversos modelos para explicar os padrões de distribuição das espécies e comunidades ao longo de gradientes ambientais, que incluem desde tipos de comunidade individuais e discretas, até um continuum de comunidades vegetais. A vegetação natural dos Açores é um bom modelo de estudo para testar essas hipóteses, pois tem sido descrita em detalhe por diversos autores, possibilitando a abordagem de questões teóricas, no âmbito dos conceitos ligados às metacomunidades. O presente estudo avaliou se os dados relativos às comunidades vegetais naturais do arquipélago dos Açores apoiam a existência de "tipos de comunidades discretas" ou um "continuum de comunidades", através da aplicação de métodos na área da ecologia numérica e de análises bayesianas. Foram usados métodos de aglomeração hierárquica (distância de Hellinger e UPGMA) e não-hierárquica (kmeans cluster), bem como um modelo multinomial num contexto bayesiano para determinar o número de grupos de comunidades vegetais. Foram amostradas um total de 139 comunidades vegetais e 85 espécies em cinco ilhas. O número ótimo de grupos de comunidades vegetais variou entre 4 e 6 para os métodos de aglomeração hierárquicos, aproximou-se de 43 para os métodos de aglomeração não hierárquicos, e foi de cerca de 70 para a análise multinomial. As curvas de distribuição em função da altitude, estimadas para as espécies de plantas vasculares, sugerem que a respetiva distribuição é determinada pelos limites fisiológicos nos extremos e pela competição em condições intermédias, mas com uma possível partição de nichos entre as espécies dominantes. Os nossos resultados estão mais de acordo com uma visão ecológica das comunidades ao longo de um continuum, do que com a existência de tipos de comunidades discretas. A compreensão destes padrões é essencial na gestão sustentável da vegetação, especialmente neste laboratório natural único, os Açores.ABSTRACT: Our view of community ecology has evolved over time, beginning with two extreme visions of plant communities which were considered either as species associations driven by random coincidences or as complex organisms with clear interdependencies. The phytosociological approach was mainly linked to the latter, including the development of syntaxonomy. More recently, biological communities tend to be viewed as set of local community assemblages that are linked by dispersal of multiple potentially interacting species (i.e. a metacommunity), a concept that has been used to explain spatio-temporal dynamics. Several models have been proposed to explain the distribution patterns of species and communities along environmental gradients, ranging from discrete, individual community types, to a continuum of plant communities. The Azorean natural vegetation is a good study model to test those hypotheses, since it has been described in detail by several authors therefore creating the opportunity to address theoretical questions within a conceptual metacommunity framework. Through a combination of numerical ecology and Bayesian analyses applied to natural plant community data from the Azores archipelago, the present study evaluated if the present data supports the existence of "discrete community types" or of a "continuum of communities". We used hierarchical clustering (Hellinger distance and UPGMA) and non-hierarchical clustering (k-means clustering), as well as a multinomial model in a Bayesian context to determine the number of plant community groups. A total of 139 plant communities and 85 species were sampled in five islands. The optimum number of plant community groups ranged from 4 to 6 for hierarchical clustering, and neared 43 for non-hierarchical clustering and about 70 for the multinomial analysis. The elevation distribution curves estimated for the vascular plant species suggest that species distributions are determined by physiological limits at the extremes, and by competition under intermediate conditions, but with some niche partitioning between dominant species. Our results would be in agreement with an ecological view of the communities as a continuum, more than with a view considering the existence of discrete community types. Understanding these patterns is an essential ingredient in sustainable vegetation management, especially on this unique natural laboratory, the Azores.Towards an Ecological and Economic valorization of the Azorean Forest. Forest-Eco2 n.º ACORES-01-0145-FEDER-000014. Programa Operacional AÇORES 2020 - Região Autónoma dos Açore