Functional groups, resource use and functional diversity of woody plants in the Cerrado

A variação fisionômica e na composição de espécies em comunidades de plantas do Cerrado é comumente atribuída às propriedades do solo. Contudo, a influência do solo na seleção de traços funcionais e estratégias ecológicas e seu papel na determinação da diversidade funcional da comunidade são pouco conhecidos. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência dos gradientes ambientais na distinção de grupos funcionais, na seleção de estratégias ecológicas e na diversidade funcional de plantas do Cerrado. O trabalho foi desenvolvido em um fragmento de Cerrado com ampla variação de solos, o que o torna um sistema adequado para o estudo de diferentes adaptações no uso dos recursos e na tolerância ao estresse. Foram inventariados 3 ha de vegetação arbustivo-arbórea, a partir dos quais foram selecionadas as espécies mais representativas para (i) mensuração de características funcionais, (ii) definição de grupos funcionais, (iii) avaliação de estratégias de uso dos recursos através da aplicação de isótopos estáveis (ẟ13C e ẟ15N) e (iv) análises da diversidade funcional ao longo dos gradientes de solo e abertura do dossel. Nossos resultados indicam a definição de três grupos funcionais distintos: espécies resistentes ao alumínio, geralmente associadas a solos pobres e ácidos; espécies de cerradão ou floresta seca, que têm abundância expressiva nas manchas de solo de maior fertilidade; e espécies leguminosas fixadoras de N 2, comuns ao longo de todo o gradiente de solos. Os traços funcionais e os valores de ẟ13C e ẟ15N foram congruentes ao demonstrar o contraste entre espécies resistentes ao alumínio e as espécies de floresta seca. Solos pobres e estressantes representam um sistema com alta economia de recursos, onde as plantas apresentam menor porte, pequena área foliar específica, alta razão C/N e baixa densidade da madeira, com valores de ẟ15N empobrecidos. Espécies de cerradão e floresta seca apresentam características contrárias que indicam a capacidade de rápido crescimento em um solo nutricionalmente mais favorável, onde as taxas de perda de N são altas e os valores de ẟ 15N das plantas são enriquecidos. As análises de diversidade funcional demonstraram que ambientes florestais apresentam menor redundância funcional, com espécies que apresentam traços mais divergentes e especializados. Dessa forma, os ambientes mais estressantes promoveram redução da diversidade funcional de plantas lenhosas e limitaram os traços funcionais, sendo definidos importantes thresholds para a separação de ambientes savânicos e florestais. Demonstramos que as espécies de Cerrado apresentam o trade-off crescimento-tolerância ao estresse como principal aspecto de definição de estratégias ecológicas, que se relacionam diretamente à produtividade do ecossistema e revelam a estruturação de comunidades funcionalmente distintas.The variation in physiognomy and species composition in plant communities of the Cerrado is commonly attributed to soil properties. However, the influence of soil in the selection of functional traits and ecological strategies and their role in determining the functional diversity of the community are not well known. This study aimed to evaluate the influence of environmental gradients on distinction of plant functional groups, on the strategies of resource use and on functional diversity of woody plants in the Cerrado. Sampling was carried out in a Cerrado fragment with wide range of soils, making it a suitable system for the study of different adaptations in the use of resources and stress tolerance by plants. It was surveyed 3 ha of tree-shrub vegetation, from which the most representative species were selected for (i) measurement of functional traits, (ii) definition of functional groups, (iii) evaluation of strategies of resource use with the application of stable isotopes (ẟ 13C and ẟ15N) and (iv) analyzes of functional diversity over the gradients of soil and canopy openness. Our results indicated the definition of three distinct functional groups: aluminium- resistant species, generally associated with poor and acid soils; species of cerrado woodlands or dry forest, which have significant abundance in the most fertile soil stands; and N2-fixing leguminous species, commonly found throughout the soil gradient. The functional traits and values of ẟ13C and ẟ15N were congruent to demonstrate the contrast between the aluminum-resistants plants and species from dry forests. Poor and stressful soils represent an ecosystem with low N loss rates, where plants have small size, low specific leaf area, high C/N ratio and low wood density, with ẟ15N impoverished values. Species from cerrado woodlands and dry forests, instead, have characteristics that indicate a capacity of rapid growth in a nutritionally more favorable soil, where N loss rates are high and plants are 15 N-enriched. Functional diversity analysis showed that forest environments have less functional redundancy, where species have more divergent and specialized traits. Thus, the most stressful environments limited the functional diversity and functional traits of woody plants, setting important thresholds for the separation between savanna and forest environments. We demonstrate that the Cerrado species show the trade-off growth/stress tolerance as a key aspect of defining ecological strategies, influencing directly the ecosystem productivity and revealing functionally distinct communities.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio