Modelos matemáticos aplicados a restauração ecológica : caracterização, avaliação e valoração dos serviços ecossistêmicos promovidos pela avifauna

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Risso ErreraCoorientadora: Dra. Marina Elaine WosniackDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Defesa : Curitiba, 22/05/2018Inclui referências: p.101-121Resumo: Frente à importância das interações entre dispersores e plantas para a restauração ecológica, sua modelagem se faz necessária por ser uma ferramenta capaz de criar representações simplificadas dos sistemas ecológicos complexos com o objetivo de processar simulações e análises sobre os ecossistemas de interesse. O presente estudo fundamenta-se na integração de modelagem matemática, teoria constructal, redes de dispersão de sementes e dados quali-quantitativos da biodiversidade para simular a taxa de visitas de comunidades de avifauna dispersora em manchas nucleadoras presentes em áreas destinadas a restauração ecológica, em estágios iniciais de sucessão. Além disso, o serviço ecossistêmico da dispersão de sementes promovido pela comunidade de avifauna foi caracterizado e valorado por meio de um modelo proposto neste estudo. Realizou-se uma revisão na literatura para recriar cenários hipotéticos de restauração e duas coletas de dados em campo (insitu). As coletas em campo foram realizadas para caracterizar as interações em ambientes destinados a restauração ecológica e para levantar a taxa de remoção de frutos promovidas pela comunidade de avifauna em Miconia cinerascens Miq. Verificou-se através da caracterização da rede de interações (insitu), que é possível sugerir espécies-chave para a estrutura das redes. Quanto a validação do modelo, evidenciou-se que as estimativas da solução numérica baseada no método de monte carlo equivalem precisamente à solução analítica proposta por Frigo (2013). O modelo de interações apresentou bom potencial em estimar a taxa de visitas da avifauna e pode ser útil como ferramenta aos protocolos de restauração, por estimar o esforço de restauração necessário de acordo com a abundância da comunidade de avifauna. O modelo de valoração da dispersão de sementes permite estimar a quantidade de sementes com potencial de se tornarem plântulas, porém ainda não leva em consideração aspectos espaciais. Além disso, os modelos utilizados possuem parâmetros correlacionados e podem ser utilizados para avaliar e valorar processos ecológicos inerentes à restauração ecológica de florestas tropicais. Palavras-chave: Modelagem matemática, teoria constructal, restauração ecológica e redes de dispersão de sementes.Abstract: Given the importance of interactions between dispersers and plants for ecological restoration, modelling becomes a necessary tool capable of creating simplified representations of complex ecological systems in order to process simulations and analysis about the ecosystems of interest. The present study is based on the integration of mathematical modeling, constructal theory, seed dispersal networks and quali-quantitative data on biodiversity to stimulate the dispersal avifauna community visit rate in nucleating spots present in areas for ecological restoration, in the early stages of succession. Furthermore, the ecosystem service of seed dispersal promoted by the avifauna community was characterized and valued by the valuation model proposed in this study. A review was carried out in the literature to recreate hypothetical restoration scenarios and two field data collections (in situ). The data collections in the field were carried out to characterize the interactions in environments intended for ecological restoration and to evaluate the rate of fruit removal promoted by the avifauna community. It was verified through the characterization of the interactions network (in situ), that it is possible to suggest key species for the network structure. As for the validation of the model, it was evidenced that the numerical solution estimates based on the Monte Carlo method are equivalent to the analytical solution proposed by Frigo (2013). The interaction model presented good potential in estimating avifauna visitation rates and may be useful as a tool for restoration protocols, since it estimates the restoration effort required according to the abundance of the avifauna community. As for the seed dispersion valuation model, it was shown that it has potential to estimate the quantity of seeds with the potential to become seedlings, but it does not yet consider spatial aspects. Finally, the modes used in the present study have correlated parameters, which allows the integration of both to evaluate and value ecological processed inherent to ecological restoration of tropical forests Key-words: Mathematical modeling, design with constructal theory, ecological restoration and seed dispersal networks