Community structure, assembly rules and dynamics of tropical trees : responses to environmental gradient and reservoir of a hydroelectric in Madeira River at Amazon basin

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2016.A tese foi realizada no âmbito do “Programa de conservação da Flora da UHE de Jirau”, na bacia do alto Rio Madeira-RO (9°9'35"S, 65°28'8"W), executado pela Embrapa-Cenargen na área de influência do reservatório da hidrelétrica. A composição, estrutura e dinâmica de comunidades arbóreas foram avaliadas em dois biênios no período anterior (2011-2013) e posterior ao enchimento do reservatório (2013-2015). Os protocolos RAPELD foram utilizados para monitoramento de 26 ha de florestas, totalizando 14.345 indivíduos em habitats de campinaranas, floresta de várzea, floresta de terra firme e floresta de terra firme transição. As comunidades foram sumarizadas através da dissimilaridade florística, estrutura e biomassa aérea, usando métodos de agrupamento, ordenações e posteriormente associadas com características físico-químicas do solo, lençol freático, altitude e relevo. A resposta das comunidades aos efeitos das variáveis ambientais foi examinada com análises fatoriais, incluindo traços funcionais e filogenéticos. Os padrões de dominância e raridade foram avaliados através das distribuições do ranque de abundância e a taxa de imigração foi usada para avaliação das respostas do recrutamento aos efeitos do filtro ambiental e da limitação de dispersão. A campinarana foi diferenciada dos demais tipos de florestas, com marcada dominância de poucas espécies e indivíduos de baixo porte, o que resultou em menor diversidade filogenética e funcional. A profundidade média anual do lençol freático e o teor de silte são os principais fatores ambientais associados com a composição, estrutura e traços funcionais das comunidades. As campinaranas situam-se no extremo do gradiente ambiental com lençol freático mais raso e alta concentração de silte. O filtro ambiental em campinaranas atua de forma constante ao longo de todo ciclo de vida dos indivíduos. Apesar do menor número de espécies indicadoras nas campinaranas, os indivíduos foram muito abundantes, o que sugere maior tolerância e adaptações às condições de anóxia provocadas pela inundação regular. Adicionalmente, ocorreram evidências de limitação de dispersão de poucas espécies especialistas entre as comunidades de campinaranas. Nas demais florestas o filtro ambiental atua progressivamente e aumenta em comunidades com árvores de maior diâmetro. O impacto do reservatório foi maior na floresta de várzea, com alterações na composição, estrutura e diversidade. Nas comunidades com alagamento moderado ocorreu expressivo recrutamento de espécies pioneiras. As campinaranas foram resistentes ao alagamento com a menor perda de espécies e incrementos de diâmetro e altura. As florestas de terra firme dentro de áreas alagadas sofreram impacto severo, com alta mortalidade e praticamente nenhum recrutamento. A grande diferenciação florística e estrutural das florestas dentro da área de influência do reservatório destaca a importância de estratégias para conservação desses habitats. A sobrevivência foi relacionada principalmente com alterações na profundidade do lençol freático causada pelo reservatório. Medidas de controle da sazonalidade do novo pulso de alagamento serão críticas para estabilização do recrutamento e regeneração nas comunidades afetadas, particularmente nas florestas de várzea. As campinaranas na margem direita do rio são distintas de outras campinaranas Amazônicas e não estão incluídas em áreas de proteção.This thesis was realized within the "Plant Conservation Program of UHE Jirau", coordinated by Embrapa-Cenargen and located in the upper Madeira River basin-RO (9 ° 9'35 "S, 65 ° 28'8" W), in the area of influence of the Jirau hydroelectric reservoir. The composition, structure and dynamics of tree communities were evaluated in two periods of two years, before (2011-2013) and after creation of the reservoir (2013-2015). We followed RAPELD protocols to inventorying 14,345 trees in 26 ha within habitats of campinarana, várzea forest, or floodplain forest, terra firme forest, or upland forest, terra firme forest with disturbance and transitions. The communities were summarized by floristic dissimilarity, structure and aerial biomass, using clustering and ordinations methods. Vegetation patterns were associated with soil physicochemical characteristics, water table depth, altitude and relief. The response of communities, including functional and phylogenetic traits, to the effects of environmental variables was assessed by factor analysis. Patterns of dominance and rarity were evaluated by species rank abundance distributions. Immigration rate was used for partitioning of environmental filters and dispersal limitation, evaluating their effects on recruitment. Campinarana was strongly differentiated from other forest types, with a marked dominance of a few species and smaller individuals, resulting in low phylogenetic and functional diversity. The annual average of water table depth and soil silt content were the main environmental factors associated with composition, structure and functional traits of communities. The campinarana were located at the extreme of the environmental gradient with a shallower water table and higher silt content. The environmental filters in the campinarana operated throughout the entire life cycle of individuals. Despite the lower number of indicator species in campinaranas, the individuals were abundant, suggesting higher tolerance and adaptations to conditions of anoxia. In addition, we found evidence of dispersal limitation of few specialist species from other campinarana communities. In the other forest types the environmental filter was progressively stronger in communities with trees with larger diameters. The impact of the reservoir was highest in várzea forest, which suffered variation in composition, structure, loss of diversity and basal area, although communities with moderate flooding had relevant recruitment of pioneer species. Flooding was intensive in campinaranas, however this vegetation suffered the smallest loss of species, but also increments in diameter and height. The upland forests in the flooded area suffered severe impacts, with high rates of mortality and virtually no recruitment. The great floristic and structural differentiation of forests in the upper Madeira River basin highlights the importance of strategies for conservation of these habitats, especially to várzea forest. Community survival was mainly related to changes in the depth of the water table caused by the filling of the reservoir. Control of the artificial pulse of flooding is critical to stabilize the recruitment and regeneration of trees in flooded areas, especially in várzea forest, and should be adjusted to best represent the seasonal variation in the level of river prior to the reservoir. Campinaranas on the right bank of the river were distinct from other campinaranas in the Amazon basin and they are not included in any protected area