Tipos funcionais de plantas para estudos de modelagem de ... · André V.F. Jardim, 2008 Tipos funcionais de plantas para estudos de modelagem de biodiversidade André Vitor Fleuri

André V.F. Jardim, 2008

Tipos funcionais de plantas para estudos de modelagem de biodiversidade

André Vitor Fleuri JardimBolsista PCI-DTI

Orientadora: Dra. Silvana Amaral KampelDPI - Inpe


Classificação funcional de plantas

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


• 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 vsintolerantes à seca)

– ao efeito na comunidade (produtividade primária, ciclagem de nutrientes, cadeia alimentar)

(ex.: fixadoras de nitrogênio; promotoras de fogo)


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


• 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


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


****longevidade foliar

reabsorção de nutrientes

decomposição da

serapilheira

dispersão **massa da semente

fecundidade

recrutamento

habilidade competitiva

absorção de nutrientes e

água

intercepçãode luz

Função

distribuição da raiz

altura

TraçoEfeitoResposta

****

****

Ciclagem nutrientesDistúrbioRecursos

soloClimática


Traços funcionais e respostas a gradientes ambientais

massa da semente

morfologia da raiz

morfologia da folha

TCR

sombreamento

atributos da semente------

comprimento específico da raiz (CER)

espalhamento lateral da raiz

capacidade de rebrotamento

---via fotossintética

composição química da folha

profundidade da raiz

altura e arquitetura da planta

diâmetro e arquitetura da raiz

taxa de crescimento relativo (TCR)

conteúdo de matéria seca da folha (CMSF)

atributos foliares

ciclo de vidaCERciclo de vidaAFEforma de vida

distúrbioáguaCO2recursos do soloclima


Níveis de classificação funcional de plantas

1. funções da planta (recrutamento, economia de água)

2. gradiente(s) ambiental(is) (disponibilidade de nutrientes, distúrbio, clima)

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)

traços funcionais

ecofisiologia ⇆ modelagem (global)


• 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)

• classificação funcional universal?– objetivo do estudo– escala do estudo (local, regional,

global)– processo do ecossistema– fator ambiental

persistência da semente (difícil)


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 JardimOrientador: Prof. Dr. Marco Antônio Batalha - Dep. Botânica

PPG-ERN-Ufscar


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


• 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




Resultados do estudo• 11 espécies

– 3 abioticamente dispersas

Manoel Cláudio da Silva Júnior (2005)

Dalbergiamiscolobium

Anadenanthera falcataBauhinia rufa


Resultados do estudo– 8 bioticamente dispersas

Rapanea guianensis

modificado de Silva Júnior

(2005)

Xylopia aromatica

(modificado de Durigan et al. 2004)

Miconia rubiginosa

Didymopanax vinosum(modificado de Durigan et

al. 2004)


Resultados do estudo

Miconia albicansErythroxylumpelleterianum (modificado de

Durigan et al. 2004)

Myrcialingua

Ocoteapulchella


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


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


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


• 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)


• 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)

clima da região de distribuição da formação vegetal

Box (1981)


• 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 evapotranspiraçãopotencial 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)


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%


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 macroclimáticassão mais importantes que outros fatores na determinação da estrutura ecológica geral


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 CO2 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


• incerteza dos modelos climáticos (precipitação)

• classificação da vegetação– 12 biomas– unidade = bioma

Salazar et al. (2007)

• 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?


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”


“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 possuiriamcombinações distintas de formas de vida


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


• 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 biomaconsideração: modelo de Box (1981) → global

(grosseiro p/ a área de estudo?)


• 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

“Projeto B: espécies”


• 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

Etapas do “Projeto savanização (B)”

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