Dinâmica florestal do medronheiro: ecologia e genética

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1 Fórum Oleiros Floresta de Oportunidades Dinâmica florestal do medronheiro: ecologia e genética Maria Margarida Ribeiro 1,2*, Luis Quinta-Nova 1,3* 1 Unidade Departamental de Silvicultura e Recursos Naturais, Escola Superior Agrária do Instituto Politécnico de Castelo Branco, Castelo Branco; Centro de Estudos Florestais, ISA-UTL, Lisboa mataide@ipcb.pt; lnova@ipcb.pt 2 Centro de Estudos Florestais, Tapada da Ajuda, Lisboa. Portugal. 3 Centro de Estudos de Recursos Naturais, Ambiente e Sociedade, Castelo Branco. Portugal.

2 O que sabemos sobre o medronheiro 1) Espécie autóctone 2) Tolerante ao stresse hídrico 3) Plasticidade quanto ao tipo de solos (?) 4) Existe em todo o País (?) 5) Não tolera ensombramento 6) Evoluiu numa região onde o fogo é um fator ecológico: tolerante (?)

3 O que queremos saber sobre o medronheiro? 1) Qual a sua distribuição geográfica? 2) Existem diferenças (genéticas) nas populações de medronheiro do País ou trata-se de uma só população? 3) Qual é a ecologia da espécie? Qual a sua relação com os fogos? 4) Qual o seu sistema de cruzamento? Pode autopolinizar-se? Quem poliniza? 5) Como domesticá-la sem prejudicar os recursos genéticos? 6) Se fizermos floresta clonal com recurso a plantas melhoradas, corremos riscos (lembrar eucaliptização)?

4 Evolução da floresta 1) A primeira evidência de presença de hominídeos na Costa Este do Mar Mediterrâneo data de 1.4 Ma AP. A Floresta é usada pelo Homem desde o Neolítico, sobretudo na região Mediterrânea. 2) Em Portugal as florestas naturais sofreram um uso intenso, do séc. 11 ao 16, devido aos arroteamentos medievos e ao consumo dos recursos florestais, aliado a um forte crescimento demográfico 3) Em 1565 foi criada a Lei das Árvores que iniciou a expansão do Pb em Portugal, pois obrigava a plantação desta espécie nos solos mais delgados, para além da Lei de 1901 (Regime Florestal ) e da Lei dos Baldios (1938), que fomentaram a expansão da espécie no país (centro em particular) 4) A expansão do Pb foi efetuada em larga escala nas 3 primeiras décadas do sec ha a ha 5) O Pb tal como o medronheiro são espécies que coevoluiram com o fator ecológico fogo. A estratégia do Pb é da terra queimada, como espécie pioneira. 6) O que sabemos relativamente à estratégia do medronheiro? rebenta de touça e não tolera o ensombramento tira beneficio do fogo, mas

5 Distribuição geográfica Sigla População Região HP Herdade Parra Silves SM São Mamede S. São Mamede G Gardunha Serra da Gardunha CH Chaves Vila Real AV Alvoco da Serra e Vide Guarda ON Oleiros Norte Castelo Branco PS Pampilhosa da Serra Coimbra B Bragança Bragança PG Peneda-Gerês S. Peneda-Gerês BV M Barranco do Velho Monchique Sotavento Algarvio Serra de Monchique SF Sertã Castelo Branco A Mata do Solitário S. Arrábida EC Espinhaço Cão Barrocal Algarvio V Viseu Viseu

6 Ecologia do medronheiro Margarida Ribeiro Natália Roque Luís Quinta-Nova Sílvia Ribeiro

7 Objetivos 1. Caracterização biofísica e ecológica dos 15 povoamentos de medronheiro amostrados em Portugal usando ferramentas SIG. 2. Modelar a distribuição potencial do medronheiro com base na análise espacial multicritério. 3. Disponibilizar informação aos stakeholders útil para a gestão das explorações. 4. Prever cenários de aquecimento climático para o ótimo ecológico da espécie.

8 Variáveis biofísica estudadas com recurso a um SIG Amostra de Medronheiros Espaçamento de 30 m entre arvores Núcleo 1km Bioclima Topografia Métricas da Paisagem Histórico de Fogos Solo Índice Ombrotérmico Exposição das Encostas Uso do solo Área Ardida Carta de solos Índice Termicidade Inclinação das Encostas Índice de Shannon Número de fogos Cálcio activo, ph, textura, Índice de Topográfico

9 Recolha de amostras de 30 indivíduos em 15 populações

10 Núcleo = área envolvente (1 km)

11 Monteiro-Henriques, T Fitossociologia e paisagem da bacia hidrográfica do rio Paiva/Landscape and phytosociology of the Paiva River s hydrographical basin. Ph.D. thesis.. Instituto Superior de Agronomia TULisbon. Lisboa. Portugal Índice Ombrotérmico (I o )

12 Monteiro-Henriques, T Fitossociologia e paisagem da bacia hidrográfica do rio Paiva/Landscape and phytosociology of the Paiva River s hydrographical basin. Ph.D. thesis.. Instituto Superior de Agronomia TULisbon. Lisboa. Portugal Índice de Termicidade (I t ) 12

13 Topografia - Exposição das Encostas 13

14 Histórico de Áreas Ardidas (HA)

15 ACP (Análise de Componentes Principais ) Abordagem estatística multivariada exploratória caracterização das variáveis biofísicas associadas aos núcleos correlação entre variáveis biofísicas (habitat) e entre núcleos, com base nas matrizes de correlação A matriz usada (ACP) contém as variáveis biofísicas associadas aos 15 núcleos Ocupação do solo: índice de Shannon (SDI) Fogos: n.º de incêndio e área ardida, Topografia: altitude, declive, exposição e TPI (topographic position index = índice de rugosidade) Solos: % areia, % limo, % argila, ph, % matéria orgânica (MO), % Ca activo (CaCO3), densidade aparente (DA), relação C/N. Clima: índice de termicidade (I t ) e índice ombrotérmico (I o ).

16 F2 (19,58 %) Variáveis biofísicas (56,05 %) TPI 0.5 % limo C/N It 0.25 % argila 0 SDI % CaCO MO Altitude ph DA n_incendio % areia -0.5 Io declive Area_Ardida Exposição F1 (36,47 %)

17 F2 (19,58 %) 4 3 Povoamentos Sao Mamede 1 Arrabida 2 2 Serra Caldeirao 1 Gardunha Barrocal Algarvio Viseu Alvoco Pampilhosa Serta Braganca Silves Monchique -2 Chaves Oleiros Norte -3-4 Mata da Albergaria F1 (36,47 %)

18 Análise multicritério Classificação das variáveis em três níveis de aptidão Superior à referencia (3) Referencia (2) Inferior à referencia (1) Carateristicasdignóstico (solos) Armazenamento de água Profundidade expansível Sem limitações Calcário ativo Características vérticas Descontinuidade textural Drenagem externa Drenagem interna Espessura efetiva Afloramento rochoso Áreas improdutivas Salinidade Bioclima (It+Io) Halo-mediterrânica Ibero-mediterrânea Oro-atlântica Atlante-mediterrânea Aluvio-mediterrânea Subatlântica Submediterrânea Mediterrâneo-atlântica Adaptado de Correia e Oliveira (1999 e 2003), Dias et al. (2008) e Silva e Neto (2013) Declives 0 a 15 % 15% a 35% > 35 % 18

19 Análise multicritério Ocorrências de Arbutus unedo Aptidão elevada Aptidão média Aptidão reduzida ou nula

20 Diversidade genética Como está distribuída a diversidade genética nas populações? Quais os fatores demográfico que determinaram a distribuição da div. genética? Impacto no melhoramento e na conservação dos recursos genéticos

21 Colheita de amostras Recolha de folhas Arrábida Recolha de folhas para extracção de DNA e posterior genotipagem com microssatélites e georreferenciação dos indivíduos amostrados 15 povoamentos e 30 indivíduos por povoamento. Recolha de folhas Oleiros Recolha de folhas na Sertã-Figueiredo Georreferenciação, Serra de S. Mamede Recolha de folhas Gardunha Recolha de folhas Oleiros

22 Preparação de amostras e genotipagem Preparação das amostras para extração do ADN Planta amostrada na Serra da Gardunha Extração do DNA de todos os indivíduos amostrados e genotipagem com 4 do cloroplasto Martínez-Alberola et al Preparação do produto PCR para o sequenciador automático Análise dos fragmentos do microssatélite do cloroplasto AU2

23 Agrupamento espacial: BAPS* A análise BAPS indica uma partição dos 15 povoamentos estudados em 4 grupos. Um grupo a Norte, incluindo populações a Norte do Rio Douro, um grupo Central, com as populações do interior e litoral, um grupo a Sul, na região do Algarve, e um quarto grupo com uma só população (Serra de S. Mamede: SM). Grupo 1: [M, PG, CH, B; estrela vermelha], Grupo 2: [HP, BV, EC; estrela verde]; Grupo 3: [A, SF, ON, G, AV, PS, V; estrela azul] Grupo 4: [SM, estrela amarela]. *BAPS: Bayesian Analysis of Population Structure

24 Distribuição e frequência dos haplótipos Código Haplótipo Número Frequência H1 306/282/385/ H2 306/283/385/ H3 306/285/385/ H4 306/294/385/ H5 307/278/385/ H6 307/279/385/ H7 307/282/385/ H8 307/283/383/ H9 307/283/385/ H10 307/283/385/ H11 307/284/385/ H12 307/285/385/ H13 307/294/385/ H14 308/279/385/ H15 308/283/385/

25 Frequência dos Haplótipos/População Centro SM Norte Algarve AV V PS G SF ON A SM CH PG B M BV HP EC H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 O H10 é o haplótipo mais frequente em todas as pops, exceto na população SM, G e ON. Na pop SM não existe H10 e têm 1 haplotipo privado H4. As populações PG e M só têm um haplótipo H10 A população EC têm o maior nº de haplótipos (6) e um haplótipo privado, H12 A população AV tem tb 2 haplótipo privado: H1 e H8

26 Estimativas de diversidade genética Pop N N h N e H e SE N fogos D 2 sh D 2 sh ng HP SM G CH AV ON PS B PG BV M SF A EC V Mean SE

27 Resultados: diversidade genética As pops. EC e ON têm valores de diversidade genética (He) > a 64%, embora mais 3 pops. tenham valores > a 50%: G, AV e PS. Existe um núcleo central de populações com diversidade genética > no centro grupo azul. Têm o haplótipo comum H6, que não aparece no Algarve EC que têm o valores mais elevado dos parâmetros de diversidade genética, inclusa no grupo verde as outras pops deste grupo não. As pops do Norte (grupo vermelho) He mais baixo M e PG só têm um haplótipo H10, o mais frequente SM não tem o haplótipo mais frequente e tem um haplótipo privado. Tem um valor muito baixo de He (31%), pois o haplótipo H13 > 0.9.

28 Rede de haplótipos e rotas de migração SM, G, ON, B, AV Centro-Norte SM Algarve Haplótipo ancestral Centro-Norte

29 Hipóteses de colonização O Algarve pode ter sido um refúgio e centro de diversidade da espécie, pois possui a população mais rica em diversidade: EC. Tem haplótipo privado H11 (exceto M). Foi colonizar pelo menos a região do Alentejo. O Centro pode ter constituído um refúgio da espécie e de receção de diversidade proveniente do Algarve/ou um centro de diversidade e de radiação da espécie, pois possui um haplótipo H6 que é comum a todas as outras pops mas não às do Algarve (e a B e PG no Norte). A herança cp é maternal e o fluxo de genes mais importante é por semente, através dos pássaros. SM é diferenciada de todas as outras população não sujeita a fogos desde 1975, sofreu isolamento ou efeito fundador. Possui o H4 (indel) H13 presente em algumas populações do C e N. As populações do N derivaram das populações do Centro e perderam diversidade devido à demografia (deriva genética) e/ou fogos. Este último fator pode ter sido determinante na PG.

30 Subdivisão da diversidade (CT) e riqueza alélica (CTR) nas componentes diferenciação e diversidade de cada pop. 1. A população SM é aquela que tem um peso maior na diferenciação relativa a CT 2. Só as pop. G e ON têm contribuições positivas para ambos os parâmetros 3. As populações que mais contribuem para a diversidade total são AV, ON e EC. 4. PG e M contribuem negativamente para a diversidade total (têm um só háplótipo). 5. EC é a pop que mais contribui para a riqueza alélica total, seguida de BV, SM e CH. 6. HP e AV contribuem só positivamente para a diversidade da riqueza em alelos

31 Conclusões 1. Metade da variação genética está entre os grupos e só 10% dentro dos grupos elevada diferenciação da espécie fragmentação da espécie devido à forma de dispersão por pássaros e abelhas/bombos. 2. A diversidade genética média das pops de 40% não é muito elevada é provável alguma consanguinidade biparental dentro dos povoamentos os afunilamentos genéticos são difíceis de recuperar 3. Há que ter cuidado em programas de melhoramento no uso de poucos clones para estabelecimento de plantações clonais apostar no aumento do número de clones e na propagação por semente 4. Monitorizar a diversidade genética das populações de melhoramento 5. Estabelecer um programa de conservação da espécie ter em consideração as pops com haplótipos privados (AV, SM, V, SF, CH e EC), mais diversas e mais diferenciadas (exº EC, ON, SM).

32 Agradecimentos Diretor da ESACB Professora Filomena Gomes Professor Jorge Canhoto Doutor Andrea Piotti Doutora Illaria Spanu Doutor Beppe Vendramin Doutora Filomena Gomes Engenheira Natália Roque Engenheira Ângela Antunes Engenheiro Tiago Caldeira Engenheiro Carlos Grácio Engenheiro Luís Manso Engenheira Graça Diogo Engenheira Teresa Coelho Aluno Mayller Correia Viegas Aluna Cláudia Isabel Facundo Eng.º João Gama Proprietário José Simão Engenheiro José Mata Senhora Ana dos Viveiros Aliança Florestal PTDC/AGR-FOR/3746/2012 ARBUTUS: Melhoramento das plantas e da qualidade dos produtos de Arbutus unedo para o sector agro-forestal Projeto OTALEX C cofinanciado pelo Programa Operacional de Cooperação Transfronteiriça Espanha Portugal (POCTEP)

33 Obrigada pela vossa atenção

34 Característica-diagnóstico Condicionantes ao desenvolvimento Florestal Sem limitações Profundidade expansível Calcário ativo Descontinuidade textural Características vérticas Salinidade Sem condicionantes. Limitações de espessura efetiva que pode ser aumentada por meio mecânicos. Horizonte B argílico. Abertura de fendas que dificultam ou limitam o desenvolvimento das raízes de plantas multianuais. Abertura de fendas que dificultam ou limitam o desenvolvimento das raízes de plantas multianuais. Excesso de sais no perfil do solo. Drenagem externa Potencial de acumulação de água à superfície do solo. Drenagem interna Armazenamento de água Presença de toalhas freáticas superficiais. Deficiente capacidade de armazenamento para água. Espessura efetiva Afloramentos rochosos Limitações de espessura efetiva que não pode ser aumentada por meios mecânicos. Não produtivo. Área social Não produtivo. 34