Patterns of forest patch distribution, structure and context in a grassland-forest mosaic in southern Brazil

Processos ecológicos e antrópicos interagem e produzem padrões estruturais de manchas de vegetação, os quais, por sua vez, atuam sobre os processos ecológicos devido à influência da estrutura e do contexto da paisagem sobre estes processos. A região do Planalto das Araucárias se caracteriza por uma paisagem em mosaico, onde manchas florestais se misturam à matriz campestre, como resultado de um processo natural de expansão florestal. É provável que este processo não ocorra uniformemente na paisagem, dadas as características de relevo e a proximidade de áreas fontes (floresta contínua). Os padrões estruturais de manchas florestais estão baseados no processo natural de formação da paisagem (manchas) e na alteração desses por antropização (fragmentos). Este estudo inicialmente objetivou identificar e diferenciar tipos de manchas florestais através de características estruturais e de contexto na paisagem. Posteriormente, foi avaliada a hipótese de que a ocorrência das manchas florestais seja uma resposta aos padrões de umidade do solo, mediados pela declividade do terreno, orientação solar sul e proximidade de talvegues, através de um modelo espacial de probabilidade de ocorrência de manchas para a região de estudo. Para tanto, comparamos o mapa de uso e cobertura do solo (ano base 2002) com o mapa de vegetação pretérita buscando diferenciar: floresta contínua, manchas florestais (MF), fragmentos de manchas (FRAG-MF) e fragmentos de floresta contínua (FRAG-FC). Os tipos de manchas foram caracterizados quanto à estrutura (forma e área) e contexto (contraste de borda, distância de floresta contínua, de vias e de centros urbanos) e as diferenças entre os tipos foram testadas por meio de análises de variância multivariada. Para a análise de probabilidade de ocorrência de MF em relação às características topográficas e à distância de área fonte, utilizamos uma análise de regressão logística múltipla, sendo os coeficientes e a performance do modelo testados por distintos métodos. Os resultados indicaram que os três tipos de manchas diferem significativamente entre si, sendo os fragmentos maiores e com formas mais complexas que as manchas. As MF se caracterizam pela forma regular, com tendência arredondada. Os FRAG-FC se encontram mais próximos de floresta contínua, vias e centros urbanos que os demais tipos. Ou seja, as características de estrutura e contexto das manchas nos permitiram diferenciar as MF dos fragmentos florestais. Com relação ao modelo de distribuição das MF, foi observado que a maior probabilidade de ocorrência de MF está associada aos locais de declividade suave, distantes de talvegues, distantes da floresta contínua e em terrenos orientados para o sul e o oeste. As condições locais de umidade que parecem influenciar a presença de MF são as encostas orientadas para o sul e oeste. Através do modelo, verificou-se uma concordância de 64% entre os locais preditos pelo modelo e os locais de ocorrência observada. A hipótese de que o processo de expansão florestal não ocorre uniformemente na paisagem se sustenta, uma vez que existem características de relevo que tornam certos locais mais favoráveis à ocorrência de manchas florestais do que outros.Ecological and anthropogenic processes interact and produce structural vegetation patterns that can in turn act upon ecological processes, since they are influenced by landscape structure and context. The southern Brazilian Plateau (Planalto das Araucárias) is a mosaic landscape where forest patches occur in a grassland matrix as a result natural forest expansion. This process probably does not take place uniformly at the landscape, due to the heterogeneous topography and proximity of source areas (continuous forest). The landscape patterns are based on natural processes that shape the landscape (natural forest patches) and on their modification by anthropogenic activities (forest fragments). This study, had two main objectives. The first objective was to identify and distinguish types of forest patches using metrics of patch structure and context in the landscape. The second one was to evaluate the hypothesis that forest patch occurrence is a response to landscape humidity patterns mediated by terrain slope, solar orientation and talweg proximity. This was done by spatially modeling the probability of forest patch presence in the study area. We compared a 2002 land cover map with a past, pre-european settlement, land use map to identify: continuous forest, natural forest patches (MF), fragments of forest patches (FRAG-MF) and fragments of continous forest (FRAG-FC). Each of these patch types was described in terms of structure (shape and area) and context (edge contrast, distance from continous forest, distance from roads, and distance from urban areas), and the diferences among them were tested by a MANOVA. To model the probability of forest patch occurrence as a function of topographic features and distance from source areas, we used a multiple logistic regression. The results indicated that the all three types of forest patches differed significantly. Fragments tend to be larger and more complex in shape than natural patches, which tend to present a more regular, roundish shape. Fragments of continuous forest are closer to the continuous forests, to roads and urban areas, than are other patch types (FRAG-MF and MF), i.e., natural forest patches could be distinguished from fragmented patches on the basis of their structure and landscape context. The model of MF presence probability showed that higher probabilities are associated to low declivity, south and westward orientated sites, distant from talwegs and from continuous forests. The local moisture conditions that influenced the occurrence of MF are the south and westward aspects. There was a 64% concordance between presence sites predicted by the model and actual observed presence sites. The results provided evidence for the hypothesis that forest expansion is not uniform across the landscape, since topographic features make some sites more favorable than others to the establishment of forest patches