Alterações na estrutura e funcionamento de florestas transicionais da Amazônia associadas à degradação florestal e transições no uso da terra

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Ecologia, Programa de Pós-graduação em Ecologia, 2015.Grande parte das florestas transicionais entre a Amazônia e o Cerrado foi convertida para cultivo de pastagens ou culturas agrícolas nas últimas décadas. Ao mesmo tempo, as florestas remanescentes têm sido afetadas por outros vetores associados à degradação florestal como, por exemplo, os incêndios florestais. A ação conjunta e recorrente destes vetores de degradação aumenta a vulnerabilidade dos ecossistemas amazônicos mas seus efeitos integrados são ainda pouco conhecidos. Na presente tese, procuramos entender e quantificar como as mudanças no uso da terra e os distúrbios florestais afetam alguns aspectos da dinâmica florestal e do clima regional. O trabalho está dividido em três capítulos: no primeiro realizado em uma floresta de transição da Amazônia-Cerrado em Querência Mato Grosso, avaliamos por meio de um experimento de fogo controlado com três tratamentos (controle, fogo-anual [B1yr], e fogo-trienal [B3yr]), a interação entre os incêndios florestais e a invasão de gramíneas e os seus efeitos resultantes para: a intensidade do fogo, extensão da área dominada por gramíneas, e a biomassa acima do solo. Nossos resultados indicaram que sinergias entre queimadas e a invasão por gramíneas C4 aumentam a intensidade do fogo de forma a acelerar a retração das florestas diante destes distúrbios representando um risco para as florestas na região. No segundo capítulo, desenvolvido no mesmo local, investigamos como a interação entre a ocorrência de vendavais e a degradação florestal pelo fogo afeta a mortalidade de árvores e o estoque de biomassa da floresta. Um censo da vegetação arbórea no experimento de fogo, realizado antes e depois de um grande vendaval ocorrido em outubro de 2012, permitiu verificar que os efeitos negativos do vendaval sobre a estrutura de vegetação e estoque de biomassa foram maiores em áreas afetadas pelo fogo e em ambientes de borda. Nós inferimos com base nestes resultados que dois ou mais vetores de degradação, ocorrendo em uma mesma área, resultam em interações positivas que amplificam os efeitos negativos sobre as florestas e aumentam a probabilidade da ocorrência de novos distúrbios. No terceiro e último capítulo, avaliamos em escala regional (bacia do Xingu, ~170.000 km²) por meio de dados de satélite, como três transições do uso da terra (floresta-pastagem, floresta-lavoura e pastagem-lavoura), em anos recentes (de 2001 a 2010), afetaram a ciclagem de água, o balanço de energia e a temperatura da superfície. Nossa análise espaço-temporal revelou que as transições de floresta-pastagem e floresta-lavoura resultaram em diminuição da radiação líquida (18 e 12%) e da evapotranspiração (32 e 24%), enquanto houve aumento do fluxo de calor sensível (6 e 9%). Para a bacia do Xingu, em geral, estas transições reduziram a evapotranspiração em 7 e 25,5 km³ e aumentaram a temperatura média da superfície em 0,07 e 0,2 °C, respectivamente. Compreender e quantificar como o desmatamento e os diferentes fatores de degradação florestal afetam, individualmente e em conjunto, a dinâmica dos remanescentes florestais e o clima regional é fundamental para uma avaliação abrangente de como trajetórias dos usos da terra podem influenciar os ecossistemas e clima futuro da Amazônia.Over the last few decades, a large extent of Amazon-Cerrado transitional forests has been converted to pastures and croplands. At the same time, remaining forests were affected by other drivers of forest degradation, including forest fires. The combined action of these drivers of degradation has increased the vulnerability of Amazonian forests, but their integrated effects are still poorly understood. This thesis aims to quantify how land use change and forest degradation by fire affect forest dynamics and regional climate via the energy balance. The thesis is divided into three chapters. Chapter 1 presents the results of a field study that quantifies the effect of experimental forest fires on fire intensity, grass invasion, and above-ground biomass in a transitional Amazonian forest in Mato Grosso. The fire experiment consisted of three 50-ha treatments (control, burned annually [B1yr], and burned every three years [B3yr]). Results indicated that repeated fires and invasion by C4 grasses acted synergistically to increase fire intensity, causing further degradation and threatening the future of transitional forests. Chapter 2, conducted in the same study area, investigates how a large wind storm (“blow-down”) interacted with forest degradation by fire to affect tree mortality and aboveground biomass. Censuses of trees in the experimental fire plots were conducted before and after a wind storm in October 2012. Results indicate that the negative effects of the wind storm on vegetation structure and aboveground biomass were higher within the burned plots and along forest edges than in the control plot. Based on these results, we inferred that these two degradation vectors acted synergistically to amplify forest degradation and increased the likelihood of impacts due to further disturbance events. Chapter 3 used satellite data to evaluate how three recent (2001-2010) land use transitions (forest-to-pasture, forest-to-cropland, and pasture-to-cropland) affected water cycling, the energy balance, and surface temperature on a regional scale (Xingu basin, ~ 170,000 km²). Our spatio-temporal analyses revealed that forest-to-pasture and forest-to-cropland transitions decreased net radiation (by 18 and 12%, respectively) and evapotranspiration (32 and 24%), while increasing sensible heat flux (6, 9%). At the regional (Xingu basin) scale, these land use transitions reduced evapotranspiration by 7 and 25.5 km³ and increased the average surface temperature by 0.07 and 0.2 °C, respectively. By quantifying the individual and combined effects of deforestation and other drivers of degradation on forest dynamics and the energy balance, this thesis advances our understanding of how future land use trajectories may influence the ecosystems and climate of Amazonia

Fenologia reprodutiva e biometria de frutos e sementes de três espécies de Byrsonima Rich. ex Kunth (Malpighiaceae) no Parque do Bacaba, Nova Xavantina - Mato Grosso

Este trabalho teve como objetivo estudar a fenologia reprodutiva e a biometria de frutos e sementes de Byrsonima verbascifolia, B. crassa e B. orbignyana, espécies ocorrentes no Parque do Bacaba, em Nova Xavantina, Mato Grosso, visando auxiliar no planejamento de extração e comercialização dos frutos. As observações fenológicas foram realizadas entre maio de 2006 e abril de 2007. Foram avaliadas as características biométricas de 200 frutos de cada espécie. A floração ocorre durante a estação seca e no início das chuvas. A frutificação está associada aos períodos de maior precipitação na região e a dispersão durou aproximadamente três meses para cada espécie. Os pesos médios dos frutos de B. crassa, B. orbignyana e B. verbascifolia foram, respectivamente: 0,30±0,05 g, 2,41±0,51 g e 3,81±1,99 g. A polpa contribuiu com 67,79%, 84,38% e 88,11% do peso total do fruto de B. crassa, B. orbignyana e B. verbascifolia, respectivamente. As espécies apresentaram tendência para frutos achatados e endocarpos compridos. B. verbascifolia e B. orbignyana se mostraram mais adequadas para comercialização por apresentar os maiores frutos e o maior rendimento de polpa. Entretanto, deve haver manejo racional e sustentável das áreas exploradas para que a coleta dos frutos não cause erosão genética das espécies

Structural dynamics of the woody community in a semideciduous forest in the Cerrado-Amazon Forest transition of Mato Grosso, Brazil

O entendimento de processos ecologicos, especialmente das modificacoes estruturais e floristicas em ecossistemas naturais, e fundamental para embasar acoes visando a sua conservacao e/ou restauracao. O objetivo do estudo foi avaliar mudancas ocorridas na estrutura da comunidade lenhosa na transicao Cerrado-Floresta Amazonica, no periodo de 2003 a 2008. Foram estabelecidas 60 parcelas permanentes de 10 x 10 m onde foram amostrados todos os individuos com diametro a altura do peito ≥ 5 cm. Em 2003 foram registrados 1.140 ind. ha-1 e area basal de 24,35 m2 ha-1, enquanto em 2008 foram 1.071 ind. ha-1 e area basal de 22,04 m2 ha-1. O recrutamento (2,76% ano-1) nao compensou a mortalidade (3,95% ano-1) e o ganho em area basal (0,54% ano-1) nao superou a perda (3,77% ano-1). Em funcao dessa diferenca, a meia vida (17,3 anos) foi menor que o tempo de duplicacao (29,9 anos), resultando em baixa estabilidade (12,6 anos) e reposicao (23,6 anos) em relacao a outras florestas estacionais. Os parametros de dinamica da comunidade e das principais especies sugerem que a floresta esta passando por mudancas caracterizadas principalmente pela retracao da densidade e biomassa dos individuos arboreos, que podem estar relacionadas ao aumento das lianas, a uma fase de inicio de reconstrucao do ciclo silvigenetico da floresta ou ainda a forte seca que ocorreu na regiao no ano de 2005.Understanding ecological processes, especially the structural and floristic changes in natural ecosystems, is essential before conserving and/or restoring these areas. The aim of this study was to assess the changes that occurred in the woody plant community from 2003 to 2008. Sixty permanent plots of 10 x 10 m were established, in which all individuals with diameter at breast height ≥ 5 cm were sampled. A total of 1,140 ind. ha-1 were recorded in 2003 (basal area 24.35 m2 ha-1) and 1,071 ind. ha-1 in 2008 (basal area of 22.04 m2 ha-1). The recruitment (2.76% year-1) did not compensate mortality (3.95% year-1) and the basal area gain (0.54% year-1) did not exceed the loss (3.77% year-1). Because of this unbalance, the half-life (17.3 years) was lower than the doubling time (29.9 years), resulting in low stability (12.6 yrs) and replacement (23.6 yrs) in relation to other seasonal forests. The parameters of community and species dynamics suggest that the forest is undergoing changes characterized mainly by the density and biomass reduction of trees, which may be related to an increase in lianas, an early rebuilding phase of the forest silvigenetic cycle or even the severe drought that occurred in the region in 2005

Post-fire resprouting strategies of woody vegetation in the Brazilian savanna

Post-fi re response by vegetation may refl ect the severity of the damage suff ered, but we still know little about the species-specifi c nature of responses to fi re or their predictors. Here, we evaluated 26 woody species before and after a fi re event in an Cerrado sensu stricto area (typical Brazilian savanna-type) in order to evaluate mortality rates and the type of resprouting (epigeal, hypogeal or epigeal + hypogeal). We evaluated the relative importance of stem diameter, height, and bark thickness as predictors of the type of post-fi re resprouting, using a sequential logistic regression model (SLRM). Mortality was 4 %, while epigeal resprouting was recorded in 57 % of the individuals, hypogeal resprouting was recorded in 24 %, and epigeal + hypogeal resprouting in 15 %. Our SLRM analysis indicated that bark thickness, followed by stem diameter, were the best predictors of the type of resprouting. Th ere was a greater than 60 % probability that individuals with bark thicker than 1.6 cm resprouted only epigeally. Our results confi rm the resistance (low mortality) and resilience (high resprouting capacity) of the woody vegetation of the Cerrado sensu stricto to fi re, and that thick bark is an eff ective protection against fi re damage

A passagem do fogo resulta em mudanças de curto prazo para a fenologia vegetativa de espécies lenhosas em um cerrado stricto sensu

Avaliamos os efeitos do fogo sobre o comportamento fenológico vegetativo (cobertura de copa, brotação, folhas jovens e folhas adultas) de espécies lenhosas em dois sítios de cerrado sensu stricto: um queimado acidentalmente e outro não queimado. Usamos modelos aditivos mistos generalizados para testar a hipótese de que 1) o fogo danifica a cobertura de folhas das copas, o que resulta em alterações nos padrões fenológicos vegetativos das espécies; sendo isso verdadeiro, testamos se 2) os danos causados pelo fogo na cobertura de copa e nas folhas adultas são maiores em espécies sempre verdes do que em espécies decíduas e se 3) os efeitos negativos do fogo sobre a fenologia vegetativa persistem após um ano sem fogo. As duas primeiras hipóteses foram corroboradas, mas a terceira não. Os efeitos do fogo na cobertura de folhagem da copa e nas folhas adultas foram maiores após três meses da ocorrência do fogo e significativamente maiores para espécies sempre verdes. Para brotação e folhas jovens, as maiores diferenças foram entre três e sete meses após a queimada. Por outro lado, não foram percebidas diferenças entre os eventos fenológicos vegetativos dos sítios no segundo ano após a ocorrência do fogo, o que indica que os efeitos do fogo foram expressivos apenas por curto período. Os nossos resultados mostraram que o efeito do fogo sobre os eventos fenológicos vegetativos é negativo e mais intenso logo após a ocorrência da queimada, mas também que estes efeitos são temporários, e não são mais percebidos após o primeiro ano da ocorrência do fogo.We evaluated the effects of fire on the vegetative phenological behavior (crown foliage cover, sprouting, mature and young leaves) of woody species at two sites in the Brazilian savanna, one of which had been accidentally burned. We used generalized additive mixed models to test the hypothesis that: 1) fire damages total foliage cover, thus leading to changes in vegetative phenological patterns. As this hypothesis was corroborated, we also tested whether 2) the damage caused by fire to the total crown foliage cover and mature leaves is greater in evergreen than in deciduous species, and 3) the negative effects of fire on vegetative phenology persist after the first fire-free year. The first two hypotheses were corroborated, but the third was not. Fire effects on total crown foliage cover and mature leaves were greatest during the first three months following the fire, and were significantly greater in evergreen species. For shoots and young leaves, the greatest differences found between three and seven months post-fire. On the other hand, no differences were observed in phenological events between burned and unburned sites in the second year post-fire, indicating that marked effects of the fire were only observed over a short period. Our results showed immediate negative effects on the vegetative phenophases, but also that these effects are transient, and cannot be discerned after the first fire-free year

Starch and lipid storage strategies in tropical trees relate to growth and mortality

Summary Non‐structural carbon (NSC) storage (i.e. starch, soluble sugras and lipids) in tree stems play important roles in metabolism and growth. Their spatial distribution in wood may explain species‐specific differences in carbon storage dynamics, growth and survival. However, quantitative information on the spatial distribution of starch and lipids in wood is sparse due to methodological limitations. Here we assessed differences in wood NSC and lipid storage between tropical tree species with different growth and mortality rates and contrasting functional types. We measured starch and soluble sugars in wood cores up to 4 cm deep into the stem using standard chemical quantification methods and histological slices stained with Lugol's iodine. We also detected neutral lipids using histological slices stained with Oil‐Red‐O. The histological method allowed us to group individuals into two categories according to their starch storage strategy: fiber‐storing trees and parenchyma‐storing trees. The first group had a bigger starch pool, slower growth and lower mortality rates than the second group. Lipid storage was found in wood parenchyma in five species and was related to low mortality rates. The quantification of the spatial distribution of starch and lipids in wood improves our understanding of NSC dynamics in trees and reveals additional dimensions of tree growth and survival strategies

Química e Tecnologia: Um aplicativo para a abordagem dos conteúdos de ácidos e bases no Ensino Médio

Considerando as dificuldades de aprendizagem no ensino de química relatados em vários trabalhos. Este trabalho tem o intuito de contribuir para minimizar as dificuldades dos alunos na aprendizagem de química dos conteúdos de ácidos e bases. O tema é apontado como de difícil abstração dificultando aos alunos uma relação com o cotidiano. Assim, a relevância dessa pesquisa se concentra em proporcionar uma ferramenta educacional que possa ser utilizada tanto por alunos e professores, seja no espaço formal ou não-formal, que possa contribuir para minimizar as dificuldades na aprendizagem desses conteúdos. Diante disso, para o desenvolvimento do aplicativo educacional foi utilizado a metodologia de concepção de desenvolvimento de aplicações educativas, nomeada “O caso das hipermídias”, o que resultou no aplicativo educacional AciBase, desenvolvido na linguagem de programação Python. O jogo AciBase pode ser um importante instrumento no processo de ensino-aprendizagem dos conteúdos de ácidos e bases, contribuindo para a apropriação do conhecimento científico. O jogo pode acarretar em um maior interesse pelo conteúdo, destacando as formas como as questões foram elaboradas, a facilidade em jogar e a forma de abordar o conteúdo de ácidos e bases. Nesse sentido, o jogo AciBase proporciona motivação em busca do conhecimento químico, contribui para a apropriação dos conteúdos químico. Entretanto compreende-se que o aplicativo educacional deve ser utilizado como uma ferramenta de auxílio para alunos e professores nesse processo. O jogo AciBase por si só não acarreta em aprendizagem, entretanto sua utilização associada à metodologia de ensino pode se tornar uma ferramenta poderosa nesse processo