Aspects of spatial pattern, habitat association and herbivory density-dependent of Calophyllum brasiliense Camb. (Clusiaceae) in restinga alta florest, Ilha do Cardoso, Cananéia. SP. Brazil

Muitas teorias, englobando diferentes fatores e mecanismos, já foram postuladas para explicar a alta coexistência de espécies arbóreas nos trópicos, a qual permanece como uma questão intrigante e subentendida na ecologia vegetal. O estudo da dinâmica de árvores ao nível populacional contribui e embasa, por sua vez, o entendimento desses fatores e mecanismos atuando ao nível da comunidade. O objetivo geral do presente estudo foi investigar alguns aspectos relacionados com a dinâmica de uma espécie arbórea comum Calophyllum brasiliense Camb.(Clusiaceae) em floresta de restinga alta Ilha do Cardoso, Cananéia, SP. Para isso, além de termos testado se a sobrevivência e o desempenho de suas plântulas estavam relacionados com níveis de herbivoria dependentes da densidade, testamos se a ocorrência da espécie apresentava associação com hábitats de solo e caracterizamos sua distribuição espacial na área de estudo. Na Introdução Geral (Capítulo 1) nós enumeramos as principais teorias já propostas para explicar a alta diversidade tropical, as quais incluem diversos mecanismos atuantes na dinâmica de espécies arbóreas. Tradicionalmente, modelos que focam em fatores dependentes da densidade eram freqüentemente contrastados com modelos baseados na segregação de hábitats e nichos para explicar a coexistência de espécies, ainda que atualmente sabe-se que atuem concomitantemente na estruturação das comunidades. Por esse motivo, os descrevemos em linhas gerais. Apresentamos, também, como o estudo da distribuição espacial de uma espécie pode dar indícios de processos subjacentes responsáveis pelos padrões gerados, os quais devem ser inferidos e posteriormente testados. Adicionalmente, resumimos uma teoria em especial, a qual embasa o capítulo seguinte e foi o ponto inicial dessa dissertação: o Modelo Janzen-Connell. Além de termos explorado brevemente seu contexto conceitual, também revisamos os principais resultados de investigações de seus efeitos em outras áreas de estudo e com diferentes metodologias. Como os dois demais capítulos foram desenvolvidos utilizando a mesma área e espécie de estudo, também incluímos neste capítulo suas respectivas descrições. Para testar o modelo Janzen-Connell (Capítulo 2), nós delineamos um experimento no qual avaliamos os danos por herbivoria, a mortalidade e o desempenho das plântulas de C. brasiliense, sob diferentes tratamentos: proteção contra herbivoria, distância e agrupamento de adultos coespecíficos. Encontramos que os efeitos dependentes da distância e da densidade não atuaram como previsto pela teoria para a espécie de estudo, a qual, apesar de ter sofrido altos danos por herbivoria, mostrou-se tolerante e apresentou crescimento compensatório em resposta a estes. Além de termos proposto que a pressão por seus herbívoros especialistas parece encontrar-se amplamente distribuída na área de estudo, e não agregada ao redor de densidades de coespecíficos, também sugerimos que o micro-hábitat, especialmente a umidade do solo parece ser melhor preditora da sobrevivência da espécie do que a herbivoria. No Capítulo 3, portanto, testamos a ocorrência de associação da espécie com o hábitat de solo, como proposto no capítulo 2. Para isso, adotamos uma abordagem conjunta com o estudo da distribuição espacial, possibilitando a inferência de outros mecanismos possivelmente relacionados com a dinâmica da espécie, além do micro-hábitat. Caracterizamos o padrão de distribuição espacial através do uso de metodologias espaciais de segunda-ordem complementares: K-Ripley e O-ring, e testamos a questão da associação com hábitat a partir de torus translation, uma metodologia relativamente nova que incorpora a autocorrelação espacial entre troncos coespecíficos. Além de detectarmos um padrão de distribuição agregado, com escalas críticas de agregação variáveis entre as classes de tamanho investigadas, encontramos que a espécie apresenta uma associação positiva com o tipo de solo alagável (Neossolo), onde sua densidade relativa foi 30% maior em comparação com os outros tipos de hábitat. Os adultos, além de terem se mostrado positivamente associados a esse solo, também apresentaram uma associação negativa com os solos mais arenosos e menos úmidos. Os jovens, encontrados em relativamente baixa densidade, não mostraram associação com nenhum hábitat de solo. Sugerimos que a tolerância ao encharcamento e à condições anóxicas, bem como a ocorrência de hidrocoria como uma de suas formas de dispersão, os principais fatores favoráveis à sua sobrevivência e rápido desenvolvimento ontogenético nessas condições de solo. Utilizamos informações sobre a ecologia de C. brasiliense já disponibilizadas por outros estudos para inferir ou excluir possíveis fatores relacionados com sua distribuição espacial, e a associação com hábitat e o experimento de herbivoria (Capítulo 2) como testes desses possíveis fatores. Nas considerações finais, reunimos todas as informações propostas e testadas sobre os mecanismos que atuam na dinâmica de C. brasiliense e sugerimos que o padrão espacial agregado detectado para a espécie pode ser decorrente da interação entre três fatores principais: (1) associação diferenciada com ambos tipos de solos, alagáveis e arenosos; (2) ocorrência simultânea e complementar de três agentes dispersores da espécie (vento, morcego e água) e (3) alta competição intra-específica dependente da densidade, ao longo do estágio ontogenético. Finalizamos com a construção de um modelo hipotético acompanhado de predições testáveis sobre a distribuição espacial e dinâmica da espécie. Estes resultados atribuem à ação conjunta de processos bióticos e abióticos a possível resposta para complementarmos o entendimento sobre o padrão espacial encontrado, como já sugerido por outros estudos nos trópicos.Several theories, including different factors and mechanisms, have been postulated to explain the high tree species coexistence in tropics, which remains an unsolved question that continues to pose a challenge to plant ecologists. Population-level tree dynamics studies contribute to a better understanding of the processes acting on community-level. The aim of the present study was to investigate some aspects related to the dynamics of a common tree species, Calophyllum brasiliense Camb. (Clusiaceae), in a Restinga Alta forest in Ilha do Cardoso, Cananéia, SP. We investigated if seedling survival and fitness were related to density-dependent herbivory, tested if the species presented an association with soil habitats and characterized its spatial patterns distribution in the study area. In General Introduction (Chapter 1) we enumerated the main theories developed so far to explain high tropical diversity, which include many processes acting on the tree species dynamics. Traditionally, models focused on density-dependent factors were frequently contrasted with models based on habitat or niche partitioning, but we know nowadays that both are acting simultaneously to determine community structure. For this reason we described in general lines both models. We also discussed how detected spatial patterns of a species may give account for underlying processes responsible for the generated patterns and the need of experimental tests after such inferences. Additionally, we resumed Janzen-Connell model which embases next chapter and was also the starting point of this dissertation. We did a brief contextualization about Janzen-Connell model and reviewed main results of investigations of its effects in others study areas using alternatives methodologies. As the next two chapters were developed in the same study area and with the same species, we also included their descriptions in the general introduction. In order to test the Janzen-Connell model (Chapter 2), we designed an experiment to evaluate C. brasiliense seedlings survival and fitness under three treatments: protection against herbivory, distance from conespecific adults and tree parental density. We found that the distance and density-dependent effects did not act as predicted by the model for our study species. Despite the high herbivory damages it suffered, its seedlings showed tolerance and compensatory growth responses. We proposed that pressure by host-specific herbivores seems to be widespread in the study area instead of aggregated around conespecific densities. Patterns detected also suggest that soil moisture is a better predictor for the species survival than herbivory. On chapter 3, therefore, we tested if density of this species presented any association with soil habitats, as suggested in chapter 2. We used an approach conjunct with the spatial distribution, permitting the inference of other underlying processes possibly related to the species dynamics besides the micro-habitat. We characterized the spatial distribution patterns using two complementary second-order point pattern statistics, K-Ripley and O-ring, and tested the habitat association using the torus translation procedure that incorporates spatial autocorrelation between conespecific stems. Besides detecting clumped distribution patterns, with variable critic scales with the analyzed size classes, we also detected a positive habitat association with temporally flooded soil (Neossolo), where its relative density was 30% greater comparing to others soils types. Adult stage was also positively associated with Neossolo and, in the other hand, was negatively associated with Espodossolo arênico, which is characterized by lower moisture soil levels. Young stage corresponded to only a quarter of all species stems and did not show any association with soils habitats. We suggest that flooding and anoxic conditions tolerance, as well as the occurrence of hidrocory among its dispersion types, the main factors favorable to survival and fast ontogenetic development in these soil conditions. We used information about C. brasiliense ecology from other studies to infer or exclude possible related factors with its spatial distribution and the habitat association and Janzen-Connell tests to complement these supposed factors. On Final Considerations we synthesize all proposed and tested information about underlying processes acting on C. brasiliense dynamics and suggest that the clumped spatial pattern detected may be an interaction result of three main factors: (1) differential association with both temporally flooded and unflooded soils, (2) occurrence of three simultaneous and complementary seed dispersal agents (gravity, bats and water) and (3) high density-dependent intra-specific competition through ontogenetic stages. We finalize proposing a hypothetic scenario with testable predictions about the species spatial pattern detected to C. brasiliense in the study area. These results attribute to grouping acting effects of both abiotic and biotic processes the possible answer to complement our understanding about tree spatial patterns founded, as suggested by other studies in the tropics