Tipos funcionais de plantas para estudos de modelagem de biodiversidade

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1 Tipos funcionais de plantas para estudos de modelagem de biodiversidade André Vitor Fleuri Jardim Bolsista PCI-DTI Orientadora: Dra. Silvana Amaral Kampel DPI - Inpe

2 Classificação funcional de plantas classificação das plantas baseada nas suas funções, em vez de na identidade taxonômica (ou nas relações filogenéticas)

3 tipos funcionais de plantas = grupos de plantas com funções similares (em nível de organismo) quanto: à resposta a um fator ambiental (disponibilidade de recursos, condições climáticas) (ex.: heliófilas vs umbrófilas; tolerantes vs intolerantes à seca) ao efeito na comunidade (produtividade primária, ciclagem de nutrientes, cadeia alimentar) (ex.: fixadoras de nitrogênio; promotoras de fogo)

4 espécies funcionalmente similares (ou com uma mesma estratégia ecológica) tendência a compartilhar um conjunto de traços (ou atributos) funcionais traços funcionais = características (morfológicas, ecofisiológicas, bioquímicas, demográficas) de um organismo consideradas relevantes à sua resposta ao ambiente e/ou ao seu efeito sobre o funcionamento da comunidade

5 traços funcionais: hábito da planta (árvore, arbusto, erva) altura área foliar específica (área / massa; AFE) deciduidade (sempre-verdes vs decíduas) massa da semente modo de dispersão (gravidade, vento, animais) modo de polinização (vento, animais) densidade da madeira espessura da casca

6 atributos funcionais vs espécies número de espécies no planeta modelos baseados na taxonomia: capacidade de generalização limitada exemplo: manejo de comunidades alagáveis no Reino Unido modelo baseado em espécies: não é facilmente aplicado para uma comunidade alagável de outra região modelo baseado em traços funcionais (altura da planta e exigências para a germinação): mais fácil desenvolver um modelo geral

7 Resposta Efeito Função Traço Climática Recursos solo Distúrbio Ciclagem nutrientes fecundidade dispersão massa da semente * * recrutamento intercepção de luz habilidade competitiva altura * * * * reabsorção de nutrientes decomposição da serapilheira longevidade foliar * * * * absorção de nutrientes e água distribuição da raiz * * * *

8 Traços funcionais e respostas a gradientes ambientais clima recursos do solo CO 2 água sombreamento distúrbio forma de vida AFE ciclo de vida CER TCR ciclo de vida atributos foliares conteúdo de matéria seca da folha (CMSF) taxa de crescimento relativo (TCR) diâmetro e arquitetura da raiz morfologia da folha altura e arquitetura da planta profundidade da raiz composição química da folha via fotossintética --- morfologia da raiz capacidade de rebrotamento espalhamento lateral da raiz comprimento específico da raiz (CER) massa da semente atributos da semente

9 Níveis de classificação funcional de plantas 1. funções da planta (recrutamento, economia de água) 2. gradiente(s) ambiental(is) (disponibilidade de nutrientes, distúrbio, clima) traços funcionais ecofisiologia modelagem (global) 3. estrutura da comunidade (competição interespecífica) 4. processos no ecossistema (ciclos biogeoquímicos, produtividade primária, decomposição de serapilheira) 5. dinâmica de paisagem 6. modelagem de vegetação (regional e global)

10 classificação funcional universal? objetivo do estudo escala do estudo (local, regional, global) processo do ecossistema fator ambiental lista de atributos funcionais respostas e efeitos-chave da vegetação em várias escalas mensuráveis (medição prática, barata e padronizada) quantificáveis para número de espécies correlacionados com traços mais acurados (mas difíceis) massa da semente (fácil) forma da semente (fácil) persistência da semente (difícil)

11 Exemplo O esquema de estratégia ecológica folha-altura-semente: uma comparação entre duas guildas de dispersão em uma área disjunta de cerrado sensu stricto André Vitor Fleuri Jardim Orientador: Prof. Dr. Marco Antônio Batalha - Dep. Botânica PPG-ERN-Ufscar

12 O esquema Folha-Altura-Semente - FAS (Westoby 1998) Área foliar específica (AFE) Altura Massa da semente espécies dispersas por agentes abióticos (vento, gravidade): AFE ( luz) altura (queda lenta da semente) massa da semente (queda lenta da semente) espécies dispersas por agentes bióticos (animais): AFE altura massa da semente

13 processo de dispersão: amostragem difícil AFE, altura e massa da semente (atributos de fácil medição) modo de dispersão: facilitação da comparação entre estratégias ecológicas de plantas e os experimentos de campo

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16 Resultados do estudo 11 espécies 3 abioticamente dispersas Bauhinia rufa Dalbergia miscolobium Manoel Cláudio da Silva Júnior (2005) Anadenanthera falcata

17 Resultados do estudo 8 bioticamente dispersas modificado de Silva Júnior (2005) Rapanea guianensis Miconia rubiginosa (modificado de Durigan et al. 2004) Didymopanax vinosum (modificado de Durigan et al. 2004) Xylopia aromatica

18 Resultados do estudo Myrcia lingua Ocotea pulchella Erythroxylum pelleterianum (modificado de Durigan et al. 2004) Miconia albicans

19 Resultados do estudo AFE, altura e massa da semente não se relacionaram com os grupos de dispersão nenhuma das variáveis estudadas pôde prever a guilda de dispersão

20 Conclusões do estudo qualidade nutricional do solo esclerofilia alturas similares sementes abioticamente dispersas com massa maior do que esperada profundidade da raiz, estratégia de captação de nutrientes mais espécies

21 Modelagem de vegetação (Box, 1981) previsão da distribuição da vegetação (relação com condições ambientais) vegetação taxonomicamente: conjunto de espécies funcionalmente (ecofisionomicamente: estrutura da planta ambiente): conjunto de formas de vida vegetação (padrões estruturais, funcionais e geográficos) clima adaptação das plantas ao ambiente: balanço de água e energia

22 forma de vida processos fisiológicos primários (balanço de água e energia) tamanho: biomassa respirada tamanho e forma da folha: superfície de transpiração e de fotossíntese hábito foliar: variações estacionais características determinantes da forma de vida: classe geral de forma de vida (árvore, arbusto, erva) tamanho da planta (altura) tipo de folha (larga, estreita) tamanho da folha estrutura da superfície foliar (esclerófila, suculenta) hábito fotossintético estacional (sempre-verde, semidecídua)

23 formas de vida = unidades de vegetação 90 formas de vida: tentativa de representação dos principais tipos de vegetação no mundo tipos de formações vegetais = combinações hierárquicas de formas de vida modelo: formas de vida variáveis climáticas (envelopes climáticos) Box (1981) clima da região de distribuição da formação vegetal

24 variáveis climáticas (para cada forma de vida): 1. temperatura média do mês mais quente ( C) (TMAX) 2. temperatura média do mês mais frio ( C) (TMIN) 3. intervalo anual das temperaturas médias mensais ( C) (TMAX - TMIN) (DTY) 4. precipitação média anual (mm) (PRCP) 5. índice de umidade anual [PRCP / (temperatura média anual x 58.93) (estimativa de Thornthwaite da evapotranspiração potencial anual)] (MI) 6. maior precipitação média mensal (mm) (PMAX) 7. menor precipitação média mensal (mm) (PMIN) 8. precipitação média do mês mais quente (mm) (PMTMAX) 9. biotemperatura (Holdridge): soma das temperaturas médias mensais acima de 0 C, dividida por 12 (BT) 10. temperatura mínima absoluta (TABMIN)

25 Box (1981) em que medida os padrões de vegetação são limitados por fatores climáticos ao invés de outros fatores (desenvolvimento histórico, relações florísticas, interações biológicas, solo, influência antrópica)? dados climáticos de 1225 locais (teste) previsão da distribuição mundial das formas de vida e dos tipos de vegetação dados climáticos de 74 locais adicionais (validação) previsão correta de formas de vida dominantes (dentre outras) = 92% previsão exata de formas de vida dominantes = 50%

26 Conclusões do modelo (Box, 1981) modelo de formas de vida prevê com acurácia a estrutura e a distribuição da vegetação global combinação de formas de vida traduz a estrutura e a função do ecossistema condições macroclimáticas são mais importantes que outros fatores na determinação da estrutura ecológica geral

27 Modelagem da vegetação sob mudança climática aquecimento global vs Amazônia temperatura evapotranspiração umidade (solo) + estação seca savanização (floresta amazônica cerrado) (?) Salazar et al. (2007): distribuição de floresta amazônica e cerrado vs aquecimento global modelos climáticos (IPCC) + 2 cenários de emissão de CO 2 vs modelo de vegetação (floresta amazônica e cerrado) CPTEC-PVM: variáveis ambientais (precipitação + temperatura) bioma 2100: floresta ( 8,2 ou 18%) cerrado (13,4 ou 30,2%) (sudeste da Amazônia): savanização

28 incerteza dos modelos climáticos (precipitação) classificação da vegetação Salazar et al. (2007) 12 biomas unidade = bioma intacto migra como um todo, diante das mudanças climáticas E as espécies que fazem parte do mesmo bioma e podem ter respostas distintas às mudanças ambientais?

29 Box (1981) unidade = tipo funcional de planta (espécies agrupadas de acordo com sua resposta ao e seu efeito no ambiente) bioma = interação dos tipos funcionais constituintes previsão da distribuição das formas de vida (e da combinação delas) diante de um quadro de mudanças climáticas mudança dos valores das variáveis climáticas do modelo distribuição da vegetação antes e depois

30 Projeto formas de vida (A) (Box, 1981) quais serão as potenciais combinações de formas de vida, nas áreas de cerrado e de floresta amazônica (fronteira), diante dos cenários climáticos previstos? há tendência de mudança da combinação de formas de vida nas áreas de floresta e nas áreas de cerrado (fronteira)? suposição: cerrado e floresta amazônica possuiriam combinações distintas de formas de vida

31 Etapas do Projeto formas de vida listas de espécies de cerrado e de floresta amazônica (região de fronteira) com localização geográfica variáveis climáticas atuais da região de ocorrência de cada bioma classificação de cada espécie segundo as formas de vida propostas por Box (1981) associação das variáveis climáticas atuais a cada forma de vida

32 combinação hierárquica das formas de vida para a discriminação dos dois tipos de vegetação: cerrado e floresta modelagem da distribuição atual e futura das formas de vida dominantes de cada bioma consideração: modelo de Box (1981) global (grosseiro p/ a área de estudo?)

33 Projeto B: espécies há tendência de mudança da combinação de espécies das áreas de floresta e das áreas de cerrado (fronteira)? modelagem de distribuição de espécies de cerrado e de floresta amazônica por meio de envelopes climáticos, diante dos cenários climáticos previstos na região de fronteira entre os dois domínios envelope climático para cada espécie de cada bioma não adota a classificação funcional de plantas

34 Etapas do Projeto savanização (B) classificação de cada espécie segundo as formas de vida propostas por Box (1981) associação das variáveis climáticas atuais a cada forma de vida espécie ( específica ) combinação hierárquica das formas de vida para a discriminação dos dois tipos de vegetação: cerrado e floresta