Tipos funcionais de plantas para estudos de modelagem de

Tipos funcionais de plantas para estudos de
modelagem de biodiversidade
André Vitor Fleuri Jardim
Bolsista PCI-DTI
Orientadora: Dra. Silvana Amaral Kampel
DPI - 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)
André V.F. Jardim, 2008
• 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)
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
• 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
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
Resposta
Função
Traço
Climática
Efeito
Recursos
solo
Distúrbio
*
*
Ciclagem
nutrientes
fecundidade
dispersão
massa da
semente
recrutamento
intercepção
de luz
habilidade
competitiva
reabsorção de
nutrientes
decomposição
da
serapilheira
absorção de
nutrientes e
água
altura
*
*
*
*
longevidade
foliar
*
*
*
*
distribuição
da raiz
*
*
*
*
André V.F. Jardim, 2008
Traços funcionais e respostas a gradientes
ambientais
clima
recursos do
solo
CO2
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
---
---
massa da
semente
atributos da
semente
comprimento
espalhamento
específico da
lateral da raiz
raiz (CER)
André V.F. Jardim, 2008
Níveis de classificação funcional de plantas
1.
funções da planta (recrutamento,
economia de água)
2.
gradiente(s)
(disponibilidade
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)
ambiental(is)
de nutrientes,
André V.F. Jardim, 2008
• 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)
persistência da semente (difícil)
• forma da semente (fácil)
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
O esquema Folha-Altura-Semente - FAS (Westoby 1998)
Área foliar
específica (AFE)
Altura
Massa da semente
espécies dispersas por
agentes abióticos (vento,
gravidade):
espécies dispersas por
agentes
bióticos
(animais):
↓ AFE (↑ luz)
↑ altura (queda lenta da
semente)
↓ massa da semente
(queda lenta da semente)
↑ AFE
↓ altura
↑ massa da semente
André V.F. Jardim, 2008
• 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
André V.F. Jardim, 2008
André V.F. Jardim, 2008
André V.F. Jardim, 2008
Resultados do estudo
• 11 espécies
– 3 abioticamente dispersas
Bauhinia rufa
Dalbergia
miscolobium
Anadenanthera falcata
Manoel Cláudio da
Silva Júnior (2005)
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
Resultados do estudo
Ocotea
pulchella
Myrcia
lingua
Erythroxylum
pelleterianum
Miconia albicans
(modificado de
Durigan et al. 2004)
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
• 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)
André V.F. Jardim, 2008
• 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
André V.F. Jardim, 2008
•
variáveis climáticas (para cada forma de vida):
1.
2.
3.
temperatura média do mês mais quente (°C) (TMAX)
temperatura média do mês mais frio (°C) (TMIN)
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)
André V.F. Jardim, 2008
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%
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
Salazar et al. (2007)
• incerteza dos modelos climáticos (precipitação)
• classificação da vegetação
– 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?
André V.F. Jardim, 2008
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”
André V.F. Jardim, 2008
“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
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008
• 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?)
André V.F. Jardim, 2008
“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
André V.F. Jardim, 2008
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
André V.F. Jardim, 2008