Avaliação da silvigênese como ferramenta para - LERF
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Avaliação da silvigênese como ferramenta para - LERF
Avaliação da silvigênese como ferramenta para caracterização sucessional e relação do mosaico silvigênico com fatores abióticos em Floresta Estacional Semidecidual (Estação Ecológica de Caetetus) e Cerradão (Estação Ecológica de Assis). Autora: Rejane Tavares Botrel Orientação: Prof.ª Dr ª Kikyo Yamamoto Co-orientação: Prof. Dr. Ricardo Ribeiro Rodrigues Setembro / 2002 1. INTRODUÇÃO As florestas tropicais se encontram entre os ecossistemas mais ameaçados pela exploração desordenada, apesar de abrigarem aproximadamente metade do total de espécies animais e vegetais existentes no planeta (Myers, 1997). No Brasil, uma evidência deste fato é que as florestas nativas (Mata Atlântica e Floresta Amazônica), que antes cobriam cerca de 50% do território, atualmente revestem apenas 37% (Thibau, 2000). O processo de fragmentação das florestas tropicais, comumente associado às ações antrópicas, pode resultar numa maior perda de espécies arbóreas e consequentemente na mudança da composição florística e estrutura comunitária ao longo do tempo (Nascimento et al, 1999). O Estado de São Paulo, como a maioria dos estados brasileiros, possui hoje alguns poucos remanescentes florestais maiores. De acordo com os dados fornecidos pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (1995) disponíveis no site da Fundação SOS Mata Atlântica, no Estado, atualmente, restam somente 8,84% da cobertura florestal original. Os remanescentes maiores são geralmente protegidos sob a forma de Unidades de Conservação e circundados por pequenos fragmentos, em regra muito degradados. Em conseqüência, pesquisadores têm se empenhado na busca de alternativas para um desenvolvimento econômico mais equilibrado com o ambiente e estratégias mais eficientes e realistas de conservação da biodiversidade remanescente. Estudos relacionados à composição florística e estrutural de comunidades vegetais (Cavassan, 1984, Bertoni e Martins, 1987, Baitelo et al, 1988, Cézar, 1988, Mantovani et al, 1989, Catharino, 1989, Mantovani et al, 1990, Mantovani, 1990, Gandolfi, 1991 e Mantovani et al, 1993, entre outros) bem como dos processos ecológicos determinantes (Batista, 1988, Oliveira-Filho e Ratter, 1995, Tabarelli & Mantovani, 1999, Rodrigues & Shepherd, 2000, Bertani et al, 2001, Dislich, Cersósimo & Mantovani, 2001) têm sido essenciais para propor soluções às várias questões afloradas na necessidade de conservação e manejo da vegetação remanescente e recuperação daquelas degradadas ou eliminadas no passado, dada a complexidade dos ecossistemas tropicais. A grande heterogeneidade espacial e temporal das florestas tropicais é a essência para os estudos vegetacionais envolvendo aspectos dinâmicos. De acordo com Richards (1979), o primeiro autor a mencionar a existência do mosaico sucessional em florestas, foi Aubréville (1938). Esse mosaico foi definido como sendo resultante de diferentes combinações de espécies em cada parte ou unidade da floresta. Segundo este autor, a floresta tropical pode ser definida como um grande mosaico formado por manchas de 1 diferentes idades, ou seja, diferentes estádios sucessionais, originadas por perturbações externas e processos de sucessão secundária. Estudos de mosaicos florestais ainda são poucos e concentram-se na maioria das vezes em torno das aberturas naturais do dossel florestal, definidas como clareiras, causadas pela queda de árvores, ou parte delas, e nos processos de regeneração natural que se sucedem (Whitmore 1976, Denslow, 1980, Hartshorn 1980, Orians 1982, Brokaw 1985b, Martínez Ramos 1985; Popma et al. 1988, Brandani et al. 1988, Schupp et al. 1989, Costa & Mantovani, 1992, Negrelle, 1995, Van Der Meer & Bongers, 1996, Tabarelli & Mantovani, 1997, 1999, Hubbel et al. 1999; Brokaw & Busing 2000; Schnitzer & Carson 2001). A silvigênese, ou seja, o conjunto de processos que definem a construção arquitetural de uma floresta (Hallé et al. 1978), surge como uma proposta alternativa para estudos envolvendo aspectos do funcionamento e desenvolvimento do mosaico florestal. O método silvigênico tem como fundamento principal a arquitetura arbórea e portanto se diferencia dos métodos tradicionais por se basear em modelos gerais de crescimento, e não taxonomia e conhecimentos auto ecológicos das espécies (Engel, 1993). Apesar disso, este método foi, ainda, pouco testado no Brasil (Engel, 1992, Cardoso-Leite, 1995, Peixoto et. al., 1995 e Oliveira,1997), embora os autores o citem sempre como pioneiro no estudo de mosaico, dada a sua fidelidade de campo. À partir do conceito de silvigênese, cada mancha dentro da floresta em diferente estado sucessional, foi definida como sendo uma eco-unidade com diferente tamanho e composição de espécies. Sendo assim, o mosaico silvático se refere ao conjunto de eco-unidades (Oldeman, 1978, 1983). O mosaico silvático diferencia-se do mosaico sucessional descrito por Whitmore (1975) por se basear na arquitetura da comunidade e em princípios energéticos (entrada de luz no dossel da floresta) e não na composição florística e / ou nos parâmetros quantitativos dessas espécies na floresta. O crescimento de uma eco-unidade implica em uma seqüência de fases de desenvolvimento arquitetural. Então, a arquitetura das eco-unidades é definida pela arquitetura das árvores que as constituem. Em conseqüência, pode-se dizer que a arquitetura de uma floresta define o padrão de eco-unidades constituintes do mosaico (Oldeman, 1983, 1989). A alteração do mosaico silvático no tempo e no espaço pode estar relacionada tanto a fatores abióticos quanto bióticos. Porém estudos correlacionando estes fatores com o mosaico silvático ainda não foram realizados. A análise silvigênica permite diagnosticar o estádio de desenvolvimento da floresta em termos arquiteturais e sucessionais e fazer previsões a respeito do futuro da floresta (Engel, 1993). 2 A identificação do mosaico silvático de uma floresta permite inferir sobre os processos pretéritos ocorridos nesta floresta, tal como as caracterizações temporais e espaciais das perturbações naturais e / ou antrópicas, ciclos de crescimento e desenvolvimento da floresta e outros. Os padrões de mosaico silvático apresentados por uma comunidade podem ser úteis para sua caracterização e comparação entre diversos tipos florestais (Torquebiau, 1986, Engel e Prado ,1992). O critério proposto por Oldeman (1983) e o método testado por Torquebiau (1986), sugerem que a forma ou arquitetura das árvores é suficiente para definir as eco-unidades presentes em determinado local. Essa afirmação é resultado de sucessivas observações realizadas em trabalhos de campo, no que diz respeito aos padrões de arquitetura arbórea (Hallé et al, 1978). Porém, mesmo que algumas pesquisas seguindo a proposta silvigênica tenham sido realizadas com sucesso em formações florestais do Brasil, algumas questões podem surgir quando se leva em consideração a extrema complexidade e diversidade de nossos ecossistemas: Questão 1: Até que ponto estudos dinâmicos baseados na arquitetura da floresta são eficientes para diagnosticar seu estado sucessional ? Questão 2: O estudo arquitetural de uma floresta é um método adequado para descrever as alterações espaciais e temporais de uma comunidade? Questão 3: A possível adequação desse método sustentado na arquitetura florestal, tem a mesma validade ou consistência para diferentes tipos vegetacionais com características arquiteturais próprias? Para responder a essas questões é necessário que se conduza um estudo considerando a priori a caracterização do mosaico resultante das diferentes fases silvigênicas e a posteriori relacionar esse mosaico com uma classificação ecológica das espécies que formam cada uma das eco-unidades identificadas, de forma a detectar erros no método silvigênico utilizado. Com isso, a hipótese a ser testada nesta pesquisa é que os estudos dinâmicos baseados em características arquiteturais dos indivíduos da floresta são adequados, no que diz respeito ao método utilizado, para expressar a dinâmica sucessional no tempo e no espaço, em toda e qualquer tipologia florestal. 2. OBJETIVOS 2.1. Geral O objetivo geral deste projeto é avaliar a eficiência da análise silvigênica na caracterização da dinâmica sucessional de duas formações florestais (floresta estacional 3 semidecidual e cerradão) e relacionar o mosaico silvático a fatores abióticos. 2.2. Específicos a) Descrever as alterações espaciais e temporais das comunidades por meio da identificação e análise do mosaico silvático e relacionar essas alterações com possíveis variáveis ambientais determinantes; b) Investigar a eficiência da análise silvigênica como ferramenta em estudos dinâmicos para diferentes tipos florestais; c) Gerar informações para predições a respeito do potencial futuro da regeneração e auto sustentabilidade dos trechos florestais estudados. 3. JUSTIFICATIVA As florestas tropicais apresentam uma grande heterogeneidade temporal e espacial que é explicitada por meio dos mosaicos sucessionais (Whitmore, 1975) e / ou silváticos (Oldeman, 1978,1983). Devido às constantes e intensas pressões antrópicas a que os referidos ecossistemas naturais estão submetidos, é necessário que se concentrem esforços em estudos de natureza dinâmica. Os resultados desses estudos poderão subsidiar ações eficientes para a conservação, manejo e recuperação desses ambientes. A universalidade da fragmentação florestal e a possibilidade de que os fragmentos possam compreender e representar uma única floresta sobrevivente em uma paisagem tropical, fazem da habilidade de predição das condições futuras desses ecossistemas um assunto de grande importância (Kelmann et al., 1996). A abordagem silvigênica constitui-se em uma análise da dinâmica florestal dentro de um contexto mais amplo, que permite não só estudar a alteração temporal (dinâmica sucessional) de eventos passados, que determinaram a condição atual, mas também estabelecer relações dessas alterações vegetacionais com as características do ambientes e ainda fazer previsões acerca do potencial futuro de regeneração do referido ecossistema (homeostase), possibilitando inferir sobre o potencial de crescimento das diferentes espécies nas diferentes situações ambientais, bem como da probabilidade desses indivíduos virem a compor os estratos superiores. Estudos silvigênicos possuem a vantagem de se fundamentar na arquitetura arbórea e não em conhecimentos taxonômicos e auto-ecologicos, que são fatores limitantes no estudo de florestas tropicais devido ao grande acúmulo de conhecimento, quando considerada a grande diversidade de espécies tropicais (Hallé et al. 1978). Apesar disso, estudos utilizando esse 4 método ainda são escassos, podendo destacar os trabalhos de Engel (1992 e 1993), CardosoLeite (1995), Oliveira (1997) e Riéra, Pélissier e Houllier (1998). É importante ressaltar que os trabalhos citados somente aplicam a técnica da análise silvigênica relatando a fidelidade de campo de seus resultados, porém a eficácia do método não foi testada em nenhum deles, indicando a ausência de subsídios para afirmar com segurança a validade do método e a possibilidade de uso nas mais diversas situações vegetacionais. Devido a isso, a comparação entre os mapas de eco-unidades resultantes de estudos silvigênicos com os resultados de uma classificação ecológica baseada na composição de espécies para os trechos de floresta estudados, poderá ser de grande importância para responder à seguinte pergunta: Os pesquisadores podem ou não dispor de mais essa ferramenta na busca de alternativas para conservação, compreensão e/ou manejo da diversidade vegetal em florestas? Este projeto, como parte integrante do Projeto Temático "Diversidade, dinâmica e conservação em florestas do Estado de São Paulo: 40 ha de parcelas permanentes", se justifica pela sua importância na tentativa de uma caracterização mais aprofundada dos padrões e processos relacionados a análise silvigênica, pois ao contrário da limitação de dados imposta a outros estudos já realizados, este irá utilizar informações taxonômicas, auto ecológicas e ambientais (fatores edáficos e planialtimétricos) disponíveis em outros projetos incluídos no Projeto Temático. Nesse sentido podemos citar alguns desses projetos: Mapeamento ultradetalhado do solo da área de Assis destinada ao Projeto Diversidade, dinâmica e conservação em florestas do Estado de São Paulo: 10ha de parcela permanente; Mapeamento ultradetalhado do solo da área de Caetetus destinada ao Projeto Diversidade, dinâmica e conservação em florestas do Estado de São Paulo: 10ha de parcelas permanente; Chave e Catálogo Ilustrado de Campo para a Identificação da Flora Arbórea de um Trecho de Cerradão da Estação Ecológica de Assis, Município de Assis, SP. Além disso, caso a hipótese testada seja verdadeira, poderão ser estabelecidas relações temporais entre as eco-unidades, por meio de reavaliações periódicas do mosaico, que permitirão uma melhor compreensão dos ciclos silvigênicos e portanto da dinâmica florestal, aumentando assim o grau de previsibilidade para a definição de estratégias mais eficientes de conservação, manejo e restauração dos ecossistemas florestais. 4. MATERIAL E MÉTODOS 4.1. Área de estudo 5 Para o presente estudo foram selecionadas duas Estações Ecológicas, que apresentam trechos representativos quanto ao tamanho e estado de conservação, de duas Unidades Fitogeográficas muito representativas do Estado de São Paulo. Sendo assim, para a escolha das áreas foram considerados além do tamanho da Unidade de Conservação, acesso e infraestrutura disponível para os trabalhos de pesquisa. - Estação Ecológica de Caetetus (Floresta Estacional Semidecidual) A Estação Ecológica dos Caetetus fica localizada nos municípios de Gália e Alvilândia, no Estado de São Paulo, nas seguintes coordenadas: 22o41’e 22o46’S e 49o10’e 49o16’W. Com uma área contínua de 2178,84 ha, a E. E. de Caetetus, se encontra dentro da bacia hidrográfica do Médio Paranapanema. As altitudes médias são de 650m e 550m nas áreas mais elevadas e nas partes mais baixas respectivamente. No que diz respeito aos solos predominantes na região, o Latossolo de textura média Álico ocorre nas partes mais altas da Estação e o Podzólico Vermelho-Amarelo Profundo de textura arenosa/média nas mais baixas (Mattos et al. 1996). De acordo com a classificação de Köppen, o clima local é Cwa, mesotérmico com invernos secos. A Estação Ecológica de Caetetus, que constitui uma das maiores áreas florestadas contínuas do estado de São Paulo, passou a pertencer ao Estado no ano de 1976 e se caracteriza como um dos principais remanescente de Floresta Estacional Semidecidual (Veloso et al.1991) do Planalto Ocidental do Estado de São Paulo. O conceito ecológico deste tipo de vegetação está condicionado à dupla estacionalidade climática: uma tropical com chuvas intensas, seguida de estiagem acentuada e outra subtropical, sem período seco marcado, porém com seca fisiológica provocada e acentuada pelo frio relativamente intenso. É constituída por fanerógamos com gemas foliares protegidas da seca por escamas, folhas esclerófilas deciduais e a perda de folhas do conjunto florestal situa-se entre 20 e 50%. As faciações deste tipo florestal são: Aluvial, Terras Baixas, Submontana e Montana (Veloso et al.,1991). Entre as espécies característica dessa vegetação encontradas na Estação Ecológica de Caetetus, podemos citar as seguintes: leiteiro-preto (Pouteria ramiflora), jatobá (Hymenaea stilbocarpa), óleo-de-copaíba (Copaifera langsdorffii), peroba-rosa (Aspidosperma poíyneuron), cabreúva (Myroxylon peruiferun), pau-d'alho (Galiesia integrifolia), palmito-branco (Euterpe edulis), figueira-vermelha (Ficus sp) (http://www.bdt.fat.org.br/mata.atlantica/flora/caetetus). - Estação Ecológica de Assis (Cerradão) 6 A Estação Ecológica de Assis, localiza-se no município de Assis, SP, nas seguintes coordenadas geográficas: 22o33'65'' a 22o36'68''S e 50o23'00'' a 50o22'29''W. Com uma área de 1312,28ha, a Estação possui altitudes entre 520 e 590m, relevo suave-ondulado e predomínio dos seguintes solos: LATOSSOLO, LUVISSOLO E NEOSSOLO (EMBRAPA 1999). A referida unidade de conservação foi criada em 1992 e é atualmente administrada pelo Instituto Florestal. O clima da região, de acordo com a classificação de Köppen é definido como Cwa com chuvas concentradas no verão e precipitação média anual em torno de 1400mm. Esporadicamente ocorrem geadas A vegetação da Estação Ecológica de Assis enquadra-se no conceito de cerrado "lato sensu", sendo a forma cerradão (Savana florestada) (Veloso et al.1991) a fisionomia predominante, com árvores de até 15m de altura formando um dossel contínuo e ausência de gramíneas. O cerradão é uma das formas da vegetação constituinte do Bioma Cerrado com fisionomia dominada por árvores (plantas lenhosas com altura total maior que 2 metros e sem ramificações próximas à base), com sinúsias arbóreas e arbustivas diferenciadas, podendo ou não haver também uma sinúsia herbácea; as árvores apresentam altura média em geral entre 8 e 12 metros, com cobertura (projeção vertical das copas) maior que 60% da área do solo. Entre as espécies mais características encontram-se: anjico (Anadenanthera falcata), sucupira-docampo (Bowdichia virgilioides), jatobá-do-campo (Hymenaea stigonocarpa), Ipê (Tabebuia spp.), abiu-do-cerrado (Pouteria spp.), pau-terra (Qualea spp.), jacarandá-do-campo (Machaerium acutifolium, Dalbergia miscolobium), bicuíba ou ucuúba-do-cerrado (Virola sebífera), faveiro (Pteredon pubescens), açoita-cavalo (Luehea paniculata), brasa-viva (Myrcia lingua), canela (Ocotea spp.), capitão-do-campo (Terminalia argentea), falso-óleo ou balsamin (Diptychandra aurantiaca), negamina (Siparuna guianesis), paina-do-campo (Eriotheca spp.), pau-santo (Kielmeyera spp.), tingui-do-cerrado (Magonia pubescens), cinzeiro ou pau-de-tucano (Vochysia tucanorum). 4.2. Caracterização mosaico silvigênica Em cada uma das unidades fitogeográficas foi alocada, por meio do Projeto Temático, uma parcela de 320 x 320 m, totalizando 10,24 ha, subdividida em 256 sub-parcelas contíguas de 20 x 20m (400 m2). Para a caracterização silvigênica será realizado um mapeamento das eco-unidade por meio do método de interceptação de linhas e inventário, descrito por Torquebiau (1986). Utilizando as parcelas permanentes de 320x320m, alocadas nas duas estações ecológicas, 7 serão dispostas linhas paralelas entre si e distantes 20m uma da outra. As árvores dominantes, ou seja, aquelas com maior altura naquele ponto, que tiverem sua copa interceptada pelas linhas, terão sua altura total (Ht) e altura do fuste (Hf) (figura 1), diâmetro à altura do peito (DAP ≥ 5cm), coordenadas de localização e projeção horizontal, utilizando como referência as subparcelas de 20x20m anotadas (coordenadas x e y) (figura 2). Figura 1-Esquema mostrando as diferentes definições de altura em uma mesma árvore. Ht = altura total; Hf = altura do fuste; e Hc = altura da copa. Figura 2 – Esquema mostrando a base para a construção do sistema de coordenadas x e y para as árvores dominantes em sub-parcelas de 20Χ20m. Xt: Coordenada x do tronco; Yt: Coordenada y do tronco; X1:Início da copa na linha x; X2: Final da copa na linha x; Y1: Início da copa na linha y; Y2: Final da copa na linha y. As áreas de clareira que interceptarem as linhas também serão amostradas, medidas e incluídas no mapeamento. O conceito de clareiras utilizado nesta pesquisa, será o mesmo adotado por Engel (1993) e Cardoso-Leite (1995) em seus trabalhos, ou seja, as aberturas no dossel, que proporcionarem uma superfície sem cobertura vegetal no solo, de no mínimo 2m de diâmetro. As árvores serão divididas quanto à sua arquitetura em: árvores do futuro, árvores do presente e árvores do passado seguindo a proposta de Torquebiau (1986): 8 a) árvores do presente são aquelas que atingiram seu desenvolvimento pleno e possuem ramificação simpodial (forte reiteração e copa bem desenvolvida); b) árvores do futuro são aquelas de copa estreita e profunda, com ramificação monopodial (crescimento segundo o modelo arquitetural inicial, sem reiteração) e que ainda não atingiram seu potencial de crescimento máximo em altura; c) árvores do passado são aquelas com sinais visíveis de senescência ou morte, como galhos, partes da árvore ou mesmo o tronco principal quebrado ou morto, presenças de parasitas ou patógenos, etc. A união das copas de árvores de mesma categoria deverá definir cada uma das ecounidade. Posteriormente as árvores do presente serão subdivididas em categorias conforme sua altura total e seu ponto de inversão morfológica (figura 3). A relação entre altura total (Ht) e altura do fuste (Hf), diz respeito ao ponto de inversão morfológica (PI=Hf/Ht), que ocorre quando a árvore diminui seu crescimento em altura (Oldeman, 1978). O grau de reiteração de algumas árvores muitas vezes é uma característica específica geneticamente determinada, afetando diretamente o ponto de inversão morfológica. Por exemplo as espécies pioneiras, quando em condições naturais de sucessão florestal, tendem a obedecer seu modelo inicial de arquitetura, necessitando então de informações florísticas, que no caso estarão disponíveis no Projeto Temático, para separa-las em árvores do presente ou futuro. Além disso, uma visita prévia às áreas de estudo poderá definir também o grau de ocorrência de palmeiras, que devido a não apresentarem reiterações, podem ser deslocadas para uma unidade silvigenética especial. Se as palmeiras presentes na área se apresentarem em estágio fértil (florescendo) elas poderão ser enquadradas na categoria de árvores do presente, como proposto por Torquebiau (.1986). O mapeamento das eco-unidades será realizado com a utilização do programa Autocad, baseado nas coordenadas das copas das árvores registradas nas linhas de inventário. 9 R e o r g a n iz a ç ã o D e s e nv o lv im e n to E m e q u il íb r io d i n â m i c o ( M a d u r a s ) D e g rad ação Á r vo r e s d o p r e s e n t e C H AB L IS Á rvo re s d o fu tu ro Á rvo re s pequ enas c / fu s te c u rto Á rvo re s pequ enas c / fu s te lo n g o Á rvo re s a lta s c / fu s te c u rto 1B 1A 2B Á rvo re s a lta s c / fu s te lo n g o Á rvo re s d o pas s ado 2A M e t a d e d a a lt u r a d a f lo r e st a M e t a d e d a a lt u r a d a á r vo r e Figura 3 - Chave para eco-unidades em equilíbrio . 1 e 2 = primeiro e segundo níveis do dossel, A e B = ponto de inversão morfológica alto e baixo (Engel, 1993, baseado em Torquebiau, 1986). 4.3. Correlação do mosaico silvigênico com a caracterização das espécies por grupo ecológico e com a caracterização física do ambiente 4.3.1. Obtênção dos dados O Levantamento florístico de cada trecho de floresta, bem como a caracterização física do ambiente e a caracterização sucessional das espécies, que serão relacionadas ao mosaico silvigênico, serão fornecidos pela equipe técnica do projeto temático “Diversidade, dinâmica e conservação em florestas do Estado de São Paulo: 40ha de parcelas permanentes” (FAPESP 99/09635-0), ao qual este projeto está vinculado. Serão apresentados a seguir os métodos descritos no Projeto Temático para a obtenção das informações de interesse deste estudo em particular: - Levantamento florístico 10 Será realizado, um levantamento florístico incluindo todos os indivíduos com DAP (diâmetro à altura do peito) igual ou superior a 4,8cm DAP (PAP - perímetro à altura do peito ≥ 15) contidos nas 256 suparcelas contíguas de 20 x 20m (400m2) totalizando 10,24 há de área. As coletas de material-botânico-testemunho serão morfotipadas e identificadas no Laboratório de Sistemática da ESALQ/USP. Será elaborado um acervo de referência do projeto, que servirá para recepção das amostras provenientes do campo e como coleção de referência para a identificação. Toda a triagem e organização do material botânico coletado serão feitas no Laboratório de Sistemática do Departamento de Ciências Biológicas, ESALQ/USP, onde os espécimes serão montados em cartolina e incorporados a um acervo específico do projeto, que será montado numa sala própria para esse fim. As duplicatas serão encaminhadas para especialistas nas famílias botânicas ou permutadas com outros herbários do Estado de São Paulo, de outros estados brasileiros e até do exterior. Ao final do projeto, toda a coleção botânica será incorporada ao acervo do Herbário ESA (ESALQ/USP), inclusive os materiais vegetativos de espécies que não tenham sido amostradas em estado fértil durante todo o período do projeto. O produto do levantamento florístico, ou seja o mapeamento e identificação das espécies com DAP superior a 4,8cm, será utilizado neste trabalho para a posterior classificação ecológica das espécies. - Caracterização planialtimétrica Cada parcela será alocada em um trecho da floresta que represente as variações regionais dominantes naquele tipo vegetacional para alguns fatores abióticos, como por exemplo: variações altitudinais na Floresta Atlântica e variações na influência marinha para a Floresta de Restinga. O levantamento planialtimétrico de cada trecho florestal estará disponibilizado na escala de 1:500, com base nos vértices de cada sub-parcela de 20x20m, em plantas baixas editadas em Autocad (arquivos .dwg e .dxf). - Caracterização edáfica O mapeamento de solos de cada trecho florestal (10,24ha) estará disponível de duas formas: a) mapa de solos e b) mapas temáticos. No mapa de solos, as classes são definidas por características morfogenéticas seguindo o Sistema Brasileiro de Classificação de Solos (EMBRAPA 1999). Perfis modais descreverão as 11 unidades taxonômicas e, para cada uma, serão apresentados valores médios de atributos químicos e granulométricos. Os mapas temáticos serão produzidos a partir de técnicas de geoestatística (Davis 1973) que expressem a variabilidade espacial dos atributos do solo mais relevantes para o estudo das relações solo-vegetação. Para tanto estarão disponíveis as seguintes informações: - flutuação do nível do lençol freático (em intervalos de tempo regulares previamente definidos) - umidade do solo a diferentes profundidades do solo (medição contínua) - disponibilidade de água no solo (medição contínua) - estudos micromorfológicos e micromorfométricos detalhados sobre as mudanças estruturais e de porosidade do solo nas diferentes parcelas Todos os dados referentes ao solo dessas unidades estarão georeferenciados com GPS (Sistemas de Posicionamento Global) e geoprocessados em SIG (Sistema de Informações Geográficas), permitindo uma integração estreita entre o banco de dados e a informação cartográfica ou espacial dos solos. Com esta técnica é possível isolar diferentes funções ou qualidades do solo e avaliar o seu impacto sobre o meio biótico. Por exemplo, uma combinação de fatores climáticos com fatores físicos do solo (textura, porosidade, espessura, posição no relevo) podem expressar a disponibilidade de água para as plantas. - Classificação das espécies arbóreas em grupos ecológicos São muito os sistemas de classificação de espécies arbóreas tropicais de acordo com seu grupo ecológico ou guilda de regeneração (Budowsky, 1965, Swaine e Whitmore, 1988). Para esta pesquisa será adotado um sistema seguindo a proposta de Gandolfi (1991) que divide as espécies arbóreas nas seguintes categorias sucessionais: Pioneiras → indivíduos mais dependentes de luz nos processos germinativos, de crescimento, desenvolvimento e sobrevivência, em relação aos indivíduos pertencentes às outras categorias. São pouco freqüentes no sub-bosque, tendendo a ocupar lugares de maior exposição de luz, tais como clareiras, bordas da floresta e locais fora da floresta. De forma casual, o indivíduo considerado pioneiro, pode ocupar bordas de clareiras em processo de ocupação ou mesmo de clareiras já ocupadas. Secundárias iniciais → os indivíduos incluído nessa categoria, quando comparados às outras, apresentam uma dependência intermediária de luz nos processos germinativos, de crescimento, desenvolvimento e sobrevivência. Estes indivíduos podem ser observados na 12 borda ou interior de uma clareira, na borda de uma floresta e em seu interior (sub-bosque). No sub-bosque esses indivíduos ocupam preferencialmente locais menos sombreados, geralmente não ocorrendo naqueles de sombreamento denso. Em relação a sua longevidade, esses indivíduos podem vir a compor o dossel sobre antigas clareiras, total ou parcialmente ocupadas. Secundárias tardias → em comparação às demais categorias, os indivíduos pertencentes a essa categoria são menos dependentes de luz nos processos germinativos, de crescimento, desenvolvimento e sobrevivência. Ocorrem geralmente no sub-bosque, porém eventualmente sobrevivem em clareiras abertas ou em processo de ocupação. As espécies secundárias tardias podem ainda ser divididas em “espécies típicas do sub-bosque”, ou seja aquelas que tendem a permanecer durante toda a sua existência no sub-bosque, e “espécies típicas do dossel , que são aquelas que podem crescer e se desenvolver no sub-bosque , podendo vir a compor o dossel superior. Apesar do conceito adotado para as espécies que compõem as duas últimas categorias incluir referências ao sub-bosque, neste trabalho só serão incluídas aquelas espécies que atingirem o dossel superior, visto que o método silvigênico utilizado para a pesquisa considera somente indivíduos desse estrato arbóreo. A categoria espécie clímax não será aqui incluída devido à ausência de um conceito claro de uma comunidade clímax e também ao desconhecimento da composição clímax nas fitofisionomias estudadas, em conseqüência do processo de destruição das florestas paulistas (Gandolfi, 2000). 4.3.2. Análise dos dados 4.3.2.1- Mosaico silvático x classificação das espécie arbóreas por grupos ecológicos O mapa de eco-unidades resultante do processo de caracterização mosaico silvigênica será comparado ao mapa de espécies arbóreas confeccionado para as duas estações ecológicas descrito no levantamento florístico. A classificação ecológica das espécies comparada à classificação das árvores em categorias (árvores do presente, passado e futuro) indicará a eficiência, ou não, da análise silvigênica como ferramenta para a caracterização sucessional nas unidades fitogeográficas estudadas. 4.3.2.2- Mosaico silvático x fatores físicos do ambiente 13 O mapa de eco-unidades resultante do processo de caracterização mosaico silvigênica será relacionado à fatores físicos do ambiente com o intuito de reconhecer possíveis padrões de distribuição de eco-unidades. Para tanto, serão utilizadas técnicas de análise multivariada, que permitem a redução dos dados a serem analisados, auxiliando assim, a compreensão das relações existentes entre a vegetação e as variáveis ambientais. Para esta pesquisa serão utilizados métodos de análise direta e indireta de gradientes, que incluem a classificação e a ordenação dos dados a partir do programa PC-ORD (McCune 1999). - Análise indireta de gradientes Na análise indireta de gradientes, como o próprio nome diz, ocorre uma interpretação ambiental indireta. Nesta técnica a vegetação é analisada de forma isolada a priori e em um segundo estágio da análise são introduzidos os dados ambientais, que á partir de então são comparados e correlacionados com os dados vegetacionais (Kent e Coker, 1992). - Matriz de dados vegetacionais A matriz de dados vegetacionais será construída á partir das parcelas de 320 x 320m, subdividas em 256 sub-parcelas de 20 x 20m, alocadas nas unidades fitogeográficas estudadas. Com a sobreposição do mapa silvigênico ao mapa das espécies arbóreas, com a devida classificação ecológica, será então possível construir uma matriz com dados qualitativos e outra com dados quantitativos, caso ocorra a coerência esperada, em termos de distribuição espacial das espécies por categoria sucessional, entre os dois mapeamentos. A matriz de dados qualitativos será uma matriz binária (0 e 1) composta pela presença/ausência de cada espécies na eco-unidade predominante em cada subparcela. A abundância, ou seja, o número de indivíduos de cada espécie presente na eco-unidade predominante em cada subparcela irá compor a matriz de dados quantitativos. A matriz proposta para análise difere dos trabalhos encontrados em literatura (Oliveira-Filho et al, 1994, van den Berg, 1995, Ivanauskas, 1997, Botrel et al, 2002) devido a estes analisarem diretamente a distribuição da vegetação em relação a fatores ambientais e não a distribuição da vegetação em categorias sucessionais relacionada a fatores ambientais levando em consideração o mosaico silvático. - Método de classificação A classificação é muito usada em estudos ecológicos, a fim de detectar os padrões gerais de associações espaço-temporais entre as espécies presentes em determinado local 14 (Pinto-Coelho, 2000). A análise de agrupamento (cluster analysis), uma das técnicas de classificação mais habituais, será aqui utilizada para verificar a similaridade entre as subparcelas, no que diz respeito à distribuição espacial das espécies em categorias sucessionais. Para esta pesquisa o método escolhido foi o UPGMA (unweighted pair-groups method using arithmetic average), que se trata de uma técnica de classificação hierárquica aglomerativa que se baseia na distância média entre os grupos de indivíduos (Kent e Coker, 1992). O coeficiente de dissimilaridade utilizado para a análise da matriz quantitativa será a distância euclidiana e para a matriz qualitativa será utilizado o índice de similaridade de Sorensen. O produto final desta análise será um dendrograma indicando a separação ou junção de grupos no que diz respeito a sua similaridade ou dissimilaridade. - Método de ordenação A ordenação é recomendada para situações onde a variação da vegetação é contínua, como uma alternativa à classificação e consiste em arrumar os trechos de vegetação amostrados ao longo dos eixos correspondentes em relações ordenadas, de forma a mostrar seus arranjos espaciais (O’Brien & O’Brien 1995). O método de ordenação indireta a ser utilizado para verificar a similaridade florística entre as sub-parcelas será a PCA (Análise de Componentes Principais) que embora possua limitações na ordenação de dados florísticos, por requerer variáveis de distribuição normal e devido ao “efeito arco ou ferradura” produzido por uma relação quadrática entre o primeiro e o segundo eixo de ordenação, é muito eficiente para explicar a variação de dados ambientais (Kent e Coker, 1992). Para tanto será utilizada a matriz de similaridade baseada no índice de Sorensen gerada na Análise de Agrupamento Hierárquico (item anterior). O método baseia-se num sistema de coordenadas em "x" dimensões, que irão representar as distâncias da matriz original da melhor forma possível. Os resultados serão apresentados através de um gráfico de dispersão, indicando quais os eixos foram utilizados, a respectiva porcentagem de variância e o valor de correlação cofenética. - Análise direta de gradientes A análise direta de gradientes é utilizada para expor a variação da vegetação em relação a fatores ambientais (Kent e Coker, 1992). Como o próprio nome sugere, os dados ambientais são usados diretamente para organizar as informações a respeito da vegetação, presumindo com isso, que o gradiente ambiental implícito é conhecido (Kent e Coker, 1992). De 15 forma simples a análise direta de gradientes pode ser resumida como sendo um gráfico de espécies vegetais respondendo a fatores ambientais. O método a ser utilizado para verificar se existe correlação entre os grupos distintos na análise de classificação e no primeiro eixo da análise de ordenação (PCA) será a CCA (Análise de Correspondência Canônica), que tem sido a técnica de ordenação mais utilizada nos últimos anos. Esta técnica permite a ordenação conjunta de amostras (sub-parcelas), variáveis ambientais (fatores bióticos) e da vegetação, promovendo uma ordenação forçada dos gradientes pressupondo respostas unimodais baseadas na média ponderada das variáveis (Kent e Coker, 1992). Além disso, a CCA permite a aplicação do teste de Monte Carlo que se trata de um teste de significância para as correlações entre as abundâncias das espécies e as variáveis ambientais (Hope, 1986) A CCA requer, portanto uma matriz de variáveis ambientais e uma matriz de abundância de espécies. - Matriz de dados vegetacionais A matriz de dados vegetacionais a ser utilizada será, a princípio, a mesma matriz quantitativa utilizada na análise indireta de gradientes (item 4.5.1.1). Porém, para a CCA, as espécies que apresentarem baixa abundância nas eco-unidades predominantes em cada subparcela, poderão ser excluídas da matriz devido a contribuírem pouco para a análise de dados e aumentarem desnecessariamente o volume de cálculos (Causton 1988). - Matriz de dados ambientais Um grande número de fatores abióticos podem estar influenciando a comunidade vegetal, e a inclusão de todos eles em uma mesma matriz, pode implicar na inviabilidade do estudo em questão. Portanto, para a composição da matriz ambiental, as variáveis a serem utilizadas devem ser cuidadosamente escolhidas por meio de uma CCA preliminar que permitirá então eliminar todas as variáveis que apresentarem baixa correlação ponderada com os eixos de ordenação, ou seja, inferior a 0,4 seguindo a proposta de Oliveira-Filho et al (1994c). Se ainda assim, o número de variáveis permanecer excessivo, poderão ser retiradas as variáveis que apresentarem combinações lineares, ou seja, variáveis simples e compostas, tais como a soma de bases (S) e os valores individuais de Ca, Mg, K e Na (Palmer, 2001). Outro problema a ser evitado é o uso de variáveis que, somadas, resultam em 100%, como é o caso das propriedades granulométricas (areia, silte e argila). Neste caso, uma das variáveis será omitida. Os fatores ambientais disponibilizados pelo Projeto Temático para a composição da matriz ambiental serão: 16 → Características topográficas: altitude (medida no centro de cada subparcela), diferença de nível (amplitude de altitude ou a diferença entre o mais alto e o mais baixo valor de altitude de cada subparcela) e declividade (relação existente entre a diferença de nível no centro de dois lados opostos da subparcela e as suas respectivas distâncias horizontais) (Oliveira-Filho et al. 1994). → Características edáficas: profundidade do solo, densidade, porosidade, propriedades granulométricas (percentual de argila, areia e silte), matéria orgânica, atributos químicos (pH, Al, Ca, Mg, K, P, S e Na) e índices compostos (soma de bases, saturação por bases e saturação por alumínio) (EMBRAPA 1999). → Disponibilidade de água no solo no período de um ano: número de dias em que o solo manteve 100% de água disponível (teor de água no solo na capacidade de campo ou acima) e o número de dias em que o solo manteve-se abaixo de 60% de água disponível, submetendo as plantas a um possível estresse hídrico (Schulze et al. 1987). → Amplitude de flutuação do nível do lençol freático: calculada pela diferença entre os valores máximos e mínimos do nível do lençol freático no período de um ano (Cruciani & Godoy 1988). 4.3.2.3. Alterações do mosaico silvático x fatores físicos do ambiente Três anos após a primeira caracterização mosaico silvigênica dos trechos de floresta, uma segunda será realizada, utilizando o mesmo método proposto por Torquebiau (1986), objetivando verificar as alterações ocorridas no intervalo entre os levantamentos. As alterações ocorridas serão relacionadas à fatores físicos do ambiente para detectar possíveis influências do ambiente na evolução mosaico silvigênica. Para análise dos dados serão utilizados os métodos de análise multivariada descritos anteriormente. 5. RESULTADOS ESPERADOS • Obtenção de informações a respeito do mosaico silvigênico, que permitam prever o futuro dos fragmentos florestais, possibilitando assim a adoção de estratégias adequadas para a conservação dos mesmos; • Obtenção de informações ecológicas que servirão de suporte teórico para outras pesquisas; • Publicações dos resultados da pesquisa em revistas científicas e divulgação em reuniões científicas. 17 6. CRONOGRAMA DE ATIVIDADES 2002 Atividade 1o Trimestre 2o Trimestre 3o Trimestre 4o Trimestre Cumprimento de créditos obrigatórios x x x x Revisão de literatura x x x x x x Elaboração do projeto de pesquisa x a 1 Coleta de dados no campo x Criação do banco de dados x 2003 Cumprimento de créditos obrigatórios x x Revisão de literatura x x Processamento e análise dos dados x x Discussão dos dados x x Redação dos resultados x x x x x x x 2004 Revisão de literatura Preparação e realização do exame de qualificação x x x x x 2005 a 2 Coleta de dados no campo x Criação do banco de dados x x Processamento e análise dos dados x Discussão dos dados x Redação dos resultados x 2006 Redação dos resultados e realização da pré - banca Defesa de tese x x x 18 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BDT [Estação Ecológica de Caetetus] (on line) Disponível em <http://www.bdt.fat.org.br/mata.atlantica/flora/caetetus> Acesso em 26 de agosto de 2002. BAITELO, J. B., PASTORE, J. A. , AGUIAR, O T., SERIO, F. 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