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
André V.F. Jardim, 2008
Classificação funcional de plantas
• classificação das plantas baseada nas suas funções, em vez de na identidade taxonômica (ou nas relações filogenéticas)
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• 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)
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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
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• 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
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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
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****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
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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
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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)
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• 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)
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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
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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
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• 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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Resultados do estudo• 11 espécies
– 3 abioticamente dispersas
Manoel Cláudio da Silva Júnior (2005)
Dalbergiamiscolobium
Anadenanthera falcataBauhinia rufa
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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)
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Resultados do estudo
Miconia albicansErythroxylumpelleterianum (modificado de
Durigan et al. 2004)
Myrcialingua
Ocoteapulchella
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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
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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
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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
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• 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)
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• 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)
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• 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)
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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%
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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
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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
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• 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?
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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”
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“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
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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
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• 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?)
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• 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”
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• 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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