A estruturação de comunidades vegetais em áreas sucessionais da Floresta Atlântica em diferentes tipos de solo

Orientadora : Profª Drª Márcia C. M. MarquesTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa: Curitiba, 29/08/2014Inclui bibliografiaÁrea de concentração : Ecologia e conservaçãoResumo: O século XX culminou uma fase de desmatamentos de origem antrópica sem precedentes nas florestas tropicais do planeta. Com o desaparecimento de quase a totalidade das florestas primárias pelo mundo, houve um grande aumento na importância das florestas secundárias, já que estas podem oferecer habitats para imensa biodiversidade, participam do equilíbrio climático do planeta e prestam os mais variados serviços ecossistêmicos, incluindo o sequestro de carbono. Quando uma floresta passa por um distúrbio, há uma série de fatores que influenciam na sua capacidade de regeneração e quão rápido isso irá acontecer, tais como características da paisagem, histórico de uso da área, tipo de manejo e fatores edáficos. Neste trabalho abordamos os efeitos de diferentes fatores sobre a estruturação de comunidades vegetais em áreas sucessionais da Floresta Atlântica, em Antonina, Paraná (25o19'15''S e 48o42'24''W). As áreas florestais foram transformadas em pastagens para búfalos e depois abandonadas em diferentes períodos ao longo dos últimos 80 anos. As áreas estão sendo restauradas por meio de regeneração natural (isolamento do gado) e de plantio direto de mudas de espécies nativas, em um projeto de larga escala (20 mil hectares) desenvolvido pela Sociedade de Pesquisa em Vida Selvagem e Educação Ambiental (SPVS). No primeiro capítulo desta tese, analisamos a importância relativa dos seguintes fatores: técnicas usadas no manejo de pastagem, características do solo e da paisagem, idade e estratégia usada na restauração destas áreas. Para tanto, foram estabelecidas 93 parcelas circulares (total de 5,7 ha) distribuídas ao longo de áreas de restauração, onde foram amostradas todas as árvores e arbustos compondo o dossel (diâmetro à altura do peito, DAP> 5,0 cm) e o sub-bosque (DAP 1,3m). Utilizamos o método de seleção de modelos para descobrir qual combinação de fatores tem maior influência na estrutura e riqueza das florestas em restauração. Foram amostrados um total de 7378 indivíduos em 93 parcelas, sendo 5144 indivíduos de 234 espécies no dossel e 2234 indivíduos de 220 espécies no sub-bosque. Os resultados mostraram que idade, distância da área de floresta mais próxima e espécies de pasto utilizadas anteriormente à restauração são os fatores que mais fortemente influenciam riqueza, abundância, área basal e altura média das comunidades de sub-bosque e dossel. No segundo capítulo, utilizamos uma sub-amostra de 45 parcelas, apenas em áreas de regeneração natural, de 3 a 80 anos de idade, ocorrendo em dois tipos de solo (Cambissolo:bem drenado e Gleissolo:periodicamente alagado) para testar possíveis efeitos do tipo de solo sobre a sucessão. Encontramos um gradiente claro de riqueza, abundância, área basal e altura ao longo da sucessão. Áreas de Cambissolo acumularam espécies mais rapidamente que as de Gleissolo no dossel, mas este padrão não se repetiu para o sub-bosque, o qual teve curvas de acumulação de espécies coincidentes para os dois tipos de solo. Concluiu-se que as características do solo desempenham um papel complementar ao forte gradiente de idade para explicar as trajetórias sucessionais em florestas tropicais, e também devem ser levadas em consideração no planejamento do manejo florestal. No terceiro capítulo, analisamos as diversidades taxonômica e funcional neste mesmo gradiente de solo e idade (Capítulo 2) para entender como são estruturadas as comunidades ao longo do processo de sucessão em dois tipos de solos contrastantes. Compilamos nove atributos funcionais de espécies do dossel do enquanto que no sub-bosque a interação com solo foi encontrada nos atributos tolerância à sombra e esbelteza da folha. As diversidades taxonômica e funcional aumentaram com a idade da floresta em ambos os estratos, embora apenas algumas destas métricas de diversidade tenham se diferenciado entre os tipos de solo (entropia de Rao no dossel; riqueza de espécies e redundância funcional no sub-bosque; H' e riqueza funcional em ambos). Concluímos neste capítulo que as comunidades em desenvolvimento no gradiente idade-solo são estruturadas por uma combinação de filtros abióticos e interações bióticas. Os resultados dos três capítulos permitem concluir que características do solo podem ocasionar diferenças estruturais, florísticas e funcionais em áreas florestais em sucessão, e podem fornecer subsídios para acelerar o processo de regeneração em florestas tropicais, identificando suas principais barreiras. sub-bosque e utilizamos técnicas analíticas (correlação de matrizes) que permitem diferenciar convergência e divergência de atributos. Encontramos padrões de convergência e divergência atuando na estruturação das comunidades em nosso gradiente idade-solo, maximizados por diferentes atributos. No dossel, os atributos polinização por vertebrados e abiótica, tolerância à sombra, esbelteza da folha e folha do tipo composta foram diferentes entre os tipos de solo, enquanto que no sub-bosque a interação com solo foi encontrada nos atributos tolerância à sombra e esbelteza da folha. As diversidades taxonômica e funcional aumentaram com a idade da floresta em ambos os estratos, embora apenas algumas destas métricas de diversidade tenham se diferenciado entre os tipos de solo (entropia de Rao no dossel; riqueza de espécies e redundância funcional no sub-bosque; H' e riqueza funcional em ambos). Concluímos neste capítulo que as comunidades em desenvolvimento no gradiente idade-solo são estruturadas por uma combinação de filtros abióticos e interações bióticas. Os resultados dos três capítulos permitem concluir que características do solo podem ocasionar diferenças estruturais, florísticas e funcionais em áreas florestais em sucessão, e podem fornecer subsídios para acelerar o processo de regeneração em florestas tropicais, identificando suas principais barreiras.Abstract: During the last century, tropical forests on the planet experienced a period of unprecedented deforestation of anthropogenic cause. With the disappearance of almost all primary forests in the world, secondary forests largely increased in importance, as these can provide habitats for vast biodiversity, contribute with the climatic balance of the planet and provide a variety of ecosystem services, including carbon sequestration. When a forest undergoes disturbance, there are a number of factors that influence its ability to regenerate and how fast this will happen, such as landscape features, historical land use, type of land management and edaphic factors. In this paper we address the effects of soil characteristics on the structure of plant communities in successional areas of the Atlantic Forest in Antonina, Paraná (25o19'15'' S and 48o42'24'' W). Over the last 80 years, many forest areas in the region have been converted into pasture for buffalos and then abandoned in different periods. The areas are now being restored through natural regeneration (isolation of the cattle) or direct planting of seedlings of native species, as part of a large-scale project (20,000 hectares) developed by the Society for Wildlife Research and Environmental Education (SPVS). In the first chapter of this thesis, we analyze the relative importance of different factors (age, pasture management techniques, soil and landscape characteristics; and restoration strategy) that influence the restoration in this area. We selected 93 circular plots (5.7 ha total) distributed along restoration areas and sampled all canopy trees (diameter at breast height, DBH> 5.0 cm) and all understory individuals (trees and shrubs, DBH 1.3 m). We used a model selection approach to find out which combination of factors have greater influence on the structure and richness of forests undergoing restoration. A total of 7378 individuals were sampled, with 5144 individuals of 234 species in the canopy, and 2234 individuals of 220 species in the understory. The results revealed that age, distance from the nearest forest area and species of pasture previously used in the restoration are the factors that most influence richness, abundance, basal area and mean height of understory and canopy communities. In the second chapter, we considered a sub-sample of 45 plots, only of natural regeneration areas, with ages varying from 2 to 80 years, occurring in two types of soil (Cambisol: well drained and Gleysol: periodically flooded) to test possible effects of soil type on the succession. We found a clear gradient of species richness, abundance, basal area and height along succession age. Cambisol areas accumulated species faster than Gleysol areasin the canopy, but this pattern was not recurrentin the understory, where accumulation curves in the two soil types were coincident. We concluded that soil characteristics play a supporting role in thestrong age gradient in explaining the successional trajectories in tropical forests, and should also be taken into consideration in forest management planning. In the third chapter, we analyzed the taxonomic and functional diversity in the same gradient of soil and age (Chapter 2) to understand how communities are structured along the succession process in two contrasting soil types. We compiled nine functional traits of canopy and understory species and used analytic techniques (correlation of matrices) that allow the distinction between convergence and divergence of traits along the gradient. We found significant patterns of convergence and divergence structuring communities in our soil-age gradient, maximized by different traits. In the canopy, the traits abiotic and vertebrate pollination, shade tolerance, leaf slenderness and leaf type (composed leaves) revealed interactions with soil type, while in the understory, soil type was important for the traits shade tolerance and leaf slenderness. Taxonomic and functional diversities increased with age in both forest strata, although only some of these metrics were different between types of soil (Rao entropy in the canopy, species richness and functional redundancy in the understory; H' and functional richness in both). We conclude in this chapter that plant communities under development are structured by a combination of abiotic filters and biotic interactions. The overall results show that soil characteristics can cause structural, floristic and functional differences in successional forest areas, and should be taken into account in the implementation of restoration plans and management actions