Variação florística e diversidade de zingiberales em florestas da Amazônia central e setentrional.

The study of plant community structure and its causes has advanced in the last years, but it is far from complete answers to questions such as the relationship between richness and productivity or the main determinants of the compositional structure and the scale in which they act. The hump-shaped curve observed in relationship between richness and productivity is the main pattern found in plant communities, but with less frequency in the Amazon. Linear relationships or the lack of any relationship may result from lack of coverage of the full productivity gradient. Climate, edaphic factors and spatial variables are commonly identified as important predictors of changes in floristic composition at the regional scale, but with low power of explanation. The low predictive power of most models has at least 3 causes: 1) sampling errors, which led to a community representation that is only a fraction of the real community; 2) errors in the choice of predictors, which may not include all relevant variables and 3) analytical errors, by the use of models imcompatible with the biological structures under study. In this study, my objectives were 1) to understand the relationships between species density, and the floristic variation of Zingiberales communities, and climate, edaphic factors and spatial features in Central and Northern Amazon terra firme forests. 2) to assess whether the application of the method ISOMAP improves the performance of distance matrix models. Composition of Zingiberales, climate (measure by the Walsh index), soil texture and fertility data were acquired in 170 plots (250 x 2 m) distributed over 7 forests sites, covering 800 km along a north-south axis. We used multiple linear regression, ISOMAP, multiple regression of distance matrices and multivariate regression trees to assess the effect of spatial and environmental variables. At the coarse grain, the species density was affected by climate, after accounting for the site variation in soil fertility. At the fine grain, only fertility affected negatively the species density. The total variance explained by the models was twice greater when the dissimilarity matrices were transformed by ISOMAP. No soil texture effect was detected in any analyses. Geographic distance was the main predictor of variation in floristic distances (54%), followed by soil fertility (8,4%) and climate (6,9%). Since climate and geographic distances were highly correlated in this dataset, it is not possible to determine the real cause of the floristic pattern. Soil texture was not a significant predictor in any of the models, contrary to the observed in studies in the mesoscale, and this may reflect different relationships between soil drainage and topography in each region. In a more detailed analysis it was shown that soil fertility determines the formation of different floristic groups only in the region with wetter climates, indicating an interaction between soil fertility and climate. Conclusions: (1) climate and soil fertility can be used in predictive models of floristic variation in the brazilian Amazon, but models reflecting the interaction between these variables must be sought; (2) direct measures of key variables, such as soil drainage must be included in future models, and (3) new study sites must be choose in order to reduce the high correlation between climatic and geographic distances.O estudo sobre os padrões de diversidade em plantas e seus determinantes avançou bastante nos últimos anos, mas respostas completas para questões como qual a verdadeira relação entre riqueza e produtividade ou quais os principais determinantes da estrutura composicional ainda permanecem controversos. A curva em forma de corcova ( hump-shaped ) obtida na relação entre riqueza e produtividade tem sido um dos padrões mais freqüentemente observados em comunidades de plantas, porém com menor freqüência na Amazônia. Relações lineares ou falta de relação entre riqueza e produtividade podem ser resultado de amostras distribuídas por apenas parte do gradiente de produtividade. Variáveis climáticas, edáficas e espaciais têm sido indicadas como importantes preditores de variação de composição florística em escala regional, mas com baixo poder de explicação. A baixa capacidade de predição da maior parte dos modelos pode ter pelo menos 3 causas: 1) erros na amostragem, que fazem com que a comunidade seja apenas uma fração da comunidade real; 2) erros na escolha dos preditores, que podem não incluir todas as variáveis de fato moldam a comunidade e 3) erros na análise, que pode assumir modelos incompatíveis com as estruturas biológicas que se quer modelar. Neste trabalho eu tive como objetivos 1) entender como a densidade de espécies e a variação da composição florística de Zingiberales estão relacionadas com fatores espaciais e características do solo e clima, em florestas de terra firme na Amazônia central e setentrional e 2) avaliar se a aplicação do método ISOMAP melhora o desempenho dos modelos de previsão da variação florística. Dados de composição de espécies de plantas da ordem Zingiberales, clima (medido pelo índice de Walsh), fertilidade e textura do solo foram obtidos em 175 parcelas de 250 x 2 m distribuídas em 7 sítios de florestas, cobrindo 800 km ao longo de um eixo norte-sul. Foram utilizadas regressões múltiplas lineares, ISOMAP, regressão múltipla de matrizes de distância e árvore de regressão multivariada para analisar os efeitos das variáveis espaciais e ambientais. Na maior escala (sítios), a densidade de espécies de Zingiberales foi afetada pelo clima, controlando-se a variação da fertilidade do solo de cada sítio. Na escala de parcelas, apenas a fertilidade afetou negativamente a variação da densidade de espécies. O desempenho dos modelos de predição da variação florística com a matriz de dissimilaridade transformada pelo método ISOMAP foi superior aos modelos com a matriz de Sorensen, explicando quase 50% a mais de variação. A distância geográfica foi o preditor mais importante na explicação da variação das distâncias florísticas (54%), seguido pelas diferenças de fertilidade do solo (8,4%) e clima (6,9%). Como as distâncias climática e geográfica estão altamente correlacionadas neste grupo de dados, é difícil determinar a real causa do padrão florístico. A textura do solo não foi um preditor significativo em nenhum dos modelos, ao contrário do observado em estudos na escala média, o que deve refletir as diferentes relações entre drenagem do solo e topografia nas diferentes regiões analisadas. Uma análise mais detalhada mostrou que a fertilidade determina a formação de grupos florísticos apenas na região de clima úmido, indicando uma interação entre fertilidade do solo e clima. Conclusões: (1) clima e fertilidade do solo podem ser utilizados em modelos preditivos de variação florística espacial na Amazônia brasileira, mas deve-se buscar modelos que reflitam as interações entre estas variáveis; (2) outras formas de medir variáveis ambientais importantes para as plantas, como a drenagem dos solos, devem ser elaboradas para inclusão em novos modelos (3) futuras áreas de estudo devem ser escolhidas com o objetivo de diminuir a alta correlação entre distância climática e geográfica entre os sítios