Forest edges with overabundant climbers inserted in agricultural matrix: structure, species composition and management

A fragmentação e a perda de habitat são atualmente as principais ameaças à biodiversidade e funcionamento dos ecossistemas florestais. Em florestas tropicais fragmentadas e degradadas, tem sido observado um aumento na densidade, biomassa e na produtividade das comunidades de trepadeiras. Trepadeiras competem com árvores por recursos acima e abaixo do solo, e quando estão hiperabundantes podem alterar a estrutura e composição de espécies dos fragmentos florestais, bem como pode representar um filtro ecológico que mantém a regeneração natural estagnada por décadas. Especialmente nas bordas florestais, as trepadeiras têm se tornado hiperabundantes, mas as suas relações com as árvores e a regeneração natural nas bordas dos fragmentos florestais não são bem conhecidas. Diante disso, o objetivo desta tese foi verificar como trepadeiras em hiperabundância se relacionam com a comunidade arbustivo-arbórea e a regeneração natural em bordas de fragmentos florestais inseridos em paisagens agrícolas, analisar os possíveis desdobramentos dessas relações para a estrutura e composição de espécies nessas bordas e testar o manejo de trepadeiras como ferramenta de restauração da regeneração natural. Para a realização do presente estudo, foram selecionados três fragmentos de floresta estacional semidecídua, que apresentavam visivelmente trepadeiras em hiperabundância em suas bordas. A fim de analisar as relações entre trepadeiras, árvores e a regeneração natural, foram instaladas na borda de cada fragmento, oito parcelas permanentes de 150m2 (10mx15m), 24 parcelas ao todo, onde foram amostradas todas as árvores (DAP >= 5cm). Para o levantamento de trepadeiras, foi alocada uma subparcela de 50m2 (5mx10m) e a regeneração natural foi amostrada em três subparcelas de 4m2 (2mx2m). Foram calculadas variáveis descritoras dos três grupos amostrados, que foram correlacionadas entre si para investigar padrões nessas relações. Posteriormente, foi feita uma análise descritiva da estrutura e composição dessas bordas florestais com trepadeiras em hiperabundância. Para testar o efeito do manejo de trepadeiras em hiperabundância na regeneração natural, foi instalado um experimento de manejo, com corte total de todas as trepadeiras em metade das parcelas permanentes, a outra metade foi controle. As respostas do recrutamento, crescimento em altura, riqueza e composição da regeneração natural foi avaliada um ano após o manejo de trepadeiras. O presente trabalho traz em seu primeiro capítulo uma introdução sobre o papel ecológico das trepadeiras, suas relações com a estrutura de florestas e seu potencial para estagnar a sucessão florestal em fragmentos degradados, traz também o delineamento experimental geral. Nós investigamos no segundo capítulo, as relações entre trepadeiras em hiperabundância, árvores e a regeneração natural e fizemos uma análise descritiva da estrutura e composição de bordas florestais com trepadeiras em hiperabundância, inseridas em paisagem agrícola. No terceiro capítulo, nós demonstramos os efeitos iniciais do manejo de trepadeiras no recrutamento, crescimento em altura, riqueza e composição de espécies na regeneração natural. Trazemos também uma análise do rendimento operacional em função da densidade prévia de trepadeiras. Nós encontramos que a densidade de trepadeiras pequenas (=75%), têm relação negativa com a estrutura da comunidade arbórea e com a regeneração natural. Já a densidade de trepadeiras grandes (>2.5cm) tem relação positiva com características de floresta madura (maior biomassa e projeção da copa no solo, por exemplo). A estrutura predominante nas bordas estudadas inclui densidades altíssimas de trepadeiras (parcelas com até 78 trepadeiras/árvore) e mais de 80% dos indivíduos com as copas ocupadas por trepadeiras onde, em média, metade dessas árvores apresentam ocupação severa e a regeneração natural está comprometida. Nossos resultados ressaltam evidências que trepadeiras em hiperabundância podem contribuir com a degradação da estrutura da comunidade arbórea e com a supressão da regeneração natural nas bordas florestais. O manejo de trepadeiras proporcionou aumento no recrutamento e na diversidade da regeneração natural já no primeiro de avaliação. Também houve uma tendência de efeito positivo no crescimento em altura de espécies não pioneiras. Essa ação de manejo de trepadeiras em fragmentos florestais degradados é mais rentável comparada a técnicas convencionais de restauração ecológica (plantio de mudas para o reflorestamento de áreas que foram totalmente desmatadas, por exemplo), que são amplamente adotadas no país, indicando ser uma opção economicamente viável. Ao testar o manejo de trepadeiras, reconhecemos que essa prática é útil para a restauração da regeneração natural em bordas florestais com trepadeiras em hiperabundância e, consequentemente, para a retomada da sucessão florestal em fragmentos florestais degradados inseridos em paisagens agrícolas.Fragmentation and loss of habitat are currently the main threats to the biodiversity and functioning of forest ecosystems. In fragmented and degraded tropical forests, there has been an increase in density, biomass and productivity of climbing communities. Climbers compete with trees for above and below ground resources, and when they are overabundant, they can alter the structure and composition of forest fragments, as well as represent an ecological filter that keeps natural regeneration arrested for decades. Especially on forest edges, climbing plants have become overabundant, but their relationships with trees and natural regeneration at the edges of forest fragments are not well known. Therefore, the objective of this thesis was to verify how overabundant climbers relate to the shrub-tree community and natural regeneration on forest edges of fragments inserted in agricultural landscapes, to analyze the possible unfolding of these relationships for the structure and species composition on edges and to test the management of climbing plants as a tool to restore natural regeneration. For the accomplishment of the present study, three fragments of semideciduous seasonal forest were selected, that one visibly presented overabundant climbers in in its edges. In order to analyze the relationships between climber plants, trees and natural regeneration, eight permanent plots of 150m2 (10mx15m), 24 plots in total, were sampled on the edge of each fragment, where all trees (DAP >= 5cm) were sampled. A subplot of 50m2 (5mx10m) was allocated for climber plants samples, and natural regeneration was sampled in three subplots of 4m2 (2mx2m). Descriptive variables were calculated from the three sampled groups, which were correlated with each other to investigate patterns in these relationships. Subsequently, a descriptive analysis was made of the structure and composition of these forest edges with hyperabundant climbers. To test the effect of the management of overabundant climbers on natural regeneration, a management experiment was installed, with a total cut of all climbers in half of the permanent plots, four plots, the other half was control. The responses of recruitment, growth in height, richness and composition of natural regeneration was evaluated one year after the management. This work presents in its first chapter an introduction on the ecological role of climbers, their relationships with the forest structure and their potential to stagnate the forest succession in degraded fragments, also brings the general experimental design. We investigated in the second chapter, the relationships between hyperabundant climbers, trees and natural regeneration, and we did a descriptive analysis of the structure and composition of forest edges inserted in agricultural landscape with overabundant climbers. In the third chapter, we demonstrate the initial effects of management of climbers on recruitment, growth in height, richness, and species composition in natural regeneration. We also present an analysis of the operational performance in function of the previous density of climbers. We found that the density of small climber plants (=75%) are negatively related to tree structure and natural regeneration. However, the density of large climbers (> 2.5 cm) has a positive relation with mature forest characteristics (greater biomass and crown projection in the soil, for example). The predominant structure in the studied forest edges includes very high densities of climbers (plots with up to 78 climbers / tree) and more than 80% of individuals with crown occupied by climbers where, on average, half of these trees are severely occupied and natural regeneration is compromised. Our results highlight evidence that hyperabundant climbers can contribute to the degradation of the tree community structure and the suppression of natural regeneration at the forest edges. The management of climbers provided an increase in recruitment and in the diversity of natural regeneration in the first-year evaluation. There was also a trend of positive effect on growth in height of non-pioneer species. This action of management of climbers in degraded forest fragments is more profitable compared to the conventional techniques of ecological restoration (planting seedlings for the reforestation of areas that have been totally deforested, for example), that are widely adopted in the country, indicating that it is economically viable. In testing the management of climbers, we recognize that this practice is useful for the restoration of natural regeneration on forest edges with overabundant climbers and, consequently, for the resumption of forest succession in degraded forest fragments inserted in agricultural landscapes

Forest edges with overabundant climbers inserted in agricultural matrix: structure, species composition and management

A fragmentação e a perda de habitat são atualmente as principais ameaças à biodiversidade e funcionamento dos ecossistemas florestais. Em florestas tropicais fragmentadas e degradadas, tem sido observado um aumento na densidade, biomassa e na produtividade das comunidades de trepadeiras. Trepadeiras competem com árvores por recursos acima e abaixo do solo, e quando estão hiperabundantes podem alterar a estrutura e composição de espécies dos fragmentos florestais, bem como pode representar um filtro ecológico que mantém a regeneração natural estagnada por décadas. Especialmente nas bordas florestais, as trepadeiras têm se tornado hiperabundantes, mas as suas relações com as árvores e a regeneração natural nas bordas dos fragmentos florestais não são bem conhecidas. Diante disso, o objetivo desta tese foi verificar como trepadeiras em hiperabundância se relacionam com a comunidade arbustivo-arbórea e a regeneração natural em bordas de fragmentos florestais inseridos em paisagens agrícolas, analisar os possíveis desdobramentos dessas relações para a estrutura e composição de espécies nessas bordas e testar o manejo de trepadeiras como ferramenta de restauração da regeneração natural. Para a realização do presente estudo, foram selecionados três fragmentos de floresta estacional semidecídua, que apresentavam visivelmente trepadeiras em hiperabundância em suas bordas. A fim de analisar as relações entre trepadeiras, árvores e a regeneração natural, foram instaladas na borda de cada fragmento, oito parcelas permanentes de 150m2 (10mx15m), 24 parcelas ao todo, onde foram amostradas todas as árvores (DAP >= 5cm). Para o levantamento de trepadeiras, foi alocada uma subparcela de 50m2 (5mx10m) e a regeneração natural foi amostrada em três subparcelas de 4m2 (2mx2m). Foram calculadas variáveis descritoras dos três grupos amostrados, que foram correlacionadas entre si para investigar padrões nessas relações. Posteriormente, foi feita uma análise descritiva da estrutura e composição dessas bordas florestais com trepadeiras em hiperabundância. Para testar o efeito do manejo de trepadeiras em hiperabundância na regeneração natural, foi instalado um experimento de manejo, com corte total de todas as trepadeiras em metade das parcelas permanentes, a outra metade foi controle. As respostas do recrutamento, crescimento em altura, riqueza e composição da regeneração natural foi avaliada um ano após o manejo de trepadeiras. O presente trabalho traz em seu primeiro capítulo uma introdução sobre o papel ecológico das trepadeiras, suas relações com a estrutura de florestas e seu potencial para estagnar a sucessão florestal em fragmentos degradados, traz também o delineamento experimental geral. Nós investigamos no segundo capítulo, as relações entre trepadeiras em hiperabundância, árvores e a regeneração natural e fizemos uma análise descritiva da estrutura e composição de bordas florestais com trepadeiras em hiperabundância, inseridas em paisagem agrícola. No terceiro capítulo, nós demonstramos os efeitos iniciais do manejo de trepadeiras no recrutamento, crescimento em altura, riqueza e composição de espécies na regeneração natural. Trazemos também uma análise do rendimento operacional em função da densidade prévia de trepadeiras. Nós encontramos que a densidade de trepadeiras pequenas (=75%), têm relação negativa com a estrutura da comunidade arbórea e com a regeneração natural. Já a densidade de trepadeiras grandes (>2.5cm) tem relação positiva com características de floresta madura (maior biomassa e projeção da copa no solo, por exemplo). A estrutura predominante nas bordas estudadas inclui densidades altíssimas de trepadeiras (parcelas com até 78 trepadeiras/árvore) e mais de 80% dos indivíduos com as copas ocupadas por trepadeiras onde, em média, metade dessas árvores apresentam ocupação severa e a regeneração natural está comprometida. Nossos resultados ressaltam evidências que trepadeiras em hiperabundância podem contribuir com a degradação da estrutura da comunidade arbórea e com a supressão da regeneração natural nas bordas florestais. O manejo de trepadeiras proporcionou aumento no recrutamento e na diversidade da regeneração natural já no primeiro de avaliação. Também houve uma tendência de efeito positivo no crescimento em altura de espécies não pioneiras. Essa ação de manejo de trepadeiras em fragmentos florestais degradados é mais rentável comparada a técnicas convencionais de restauração ecológica (plantio de mudas para o reflorestamento de áreas que foram totalmente desmatadas, por exemplo), que são amplamente adotadas no país, indicando ser uma opção economicamente viável. Ao testar o manejo de trepadeiras, reconhecemos que essa prática é útil para a restauração da regeneração natural em bordas florestais com trepadeiras em hiperabundância e, consequentemente, para a retomada da sucessão florestal em fragmentos florestais degradados inseridos em paisagens agrícolas.Fragmentation and loss of habitat are currently the main threats to the biodiversity and functioning of forest ecosystems. In fragmented and degraded tropical forests, there has been an increase in density, biomass and productivity of climbing communities. Climbers compete with trees for above and below ground resources, and when they are overabundant, they can alter the structure and composition of forest fragments, as well as represent an ecological filter that keeps natural regeneration arrested for decades. Especially on forest edges, climbing plants have become overabundant, but their relationships with trees and natural regeneration at the edges of forest fragments are not well known. Therefore, the objective of this thesis was to verify how overabundant climbers relate to the shrub-tree community and natural regeneration on forest edges of fragments inserted in agricultural landscapes, to analyze the possible unfolding of these relationships for the structure and species composition on edges and to test the management of climbing plants as a tool to restore natural regeneration. For the accomplishment of the present study, three fragments of semideciduous seasonal forest were selected, that one visibly presented overabundant climbers in in its edges. In order to analyze the relationships between climber plants, trees and natural regeneration, eight permanent plots of 150m2 (10mx15m), 24 plots in total, were sampled on the edge of each fragment, where all trees (DAP >= 5cm) were sampled. A subplot of 50m2 (5mx10m) was allocated for climber plants samples, and natural regeneration was sampled in three subplots of 4m2 (2mx2m). Descriptive variables were calculated from the three sampled groups, which were correlated with each other to investigate patterns in these relationships. Subsequently, a descriptive analysis was made of the structure and composition of these forest edges with hyperabundant climbers. To test the effect of the management of overabundant climbers on natural regeneration, a management experiment was installed, with a total cut of all climbers in half of the permanent plots, four plots, the other half was control. The responses of recruitment, growth in height, richness and composition of natural regeneration was evaluated one year after the management. This work presents in its first chapter an introduction on the ecological role of climbers, their relationships with the forest structure and their potential to stagnate the forest succession in degraded fragments, also brings the general experimental design. We investigated in the second chapter, the relationships between hyperabundant climbers, trees and natural regeneration, and we did a descriptive analysis of the structure and composition of forest edges inserted in agricultural landscape with overabundant climbers. In the third chapter, we demonstrate the initial effects of management of climbers on recruitment, growth in height, richness, and species composition in natural regeneration. We also present an analysis of the operational performance in function of the previous density of climbers. We found that the density of small climber plants (=75%) are negatively related to tree structure and natural regeneration. However, the density of large climbers (> 2.5 cm) has a positive relation with mature forest characteristics (greater biomass and crown projection in the soil, for example). The predominant structure in the studied forest edges includes very high densities of climbers (plots with up to 78 climbers / tree) and more than 80% of individuals with crown occupied by climbers where, on average, half of these trees are severely occupied and natural regeneration is compromised. Our results highlight evidence that hyperabundant climbers can contribute to the degradation of the tree community structure and the suppression of natural regeneration at the forest edges. The management of climbers provided an increase in recruitment and in the diversity of natural regeneration in the first-year evaluation. There was also a trend of positive effect on growth in height of non-pioneer species. This action of management of climbers in degraded forest fragments is more profitable compared to the conventional techniques of ecological restoration (planting seedlings for the reforestation of areas that have been totally deforested, for example), that are widely adopted in the country, indicating that it is economically viable. In testing the management of climbers, we recognize that this practice is useful for the restoration of natural regeneration on forest edges with overabundant climbers and, consequently, for the resumption of forest succession in degraded forest fragments inserted in agricultural landscapes

ORGANIC RESIDUE AND PHOSPHORUS AS CONDITIONERS OF DEGRADED SOIL AND EFFECTS ON THE INITIAL GROWTH OF Dipteryx alata Vog.

In northwestern Sao Paulo State, it was established, in 1965, the hydroelectric station of Ilha Solteira (CESP) that produced extensive degraded areas, from where it was removed the soil superficial layers. For the re-establishment of the vegetation, in areas like these, it is necessary the addition of chemical inputs and organic material. Associating the presence in the area of macrophytes, to the need of recovery of degraded areas and the availability of seeds from native species of Cerrado, it was intended the development of this work, with the objective of evaluating the addition effects of organic residue and phosphorus on the material of degraded soil and on the initial growth of Dipteryx alata, arboreal species of 'cerrado'. The soil material was collected in area of degraded soil by the construction of Ilha Solteira hydroelectric station. The experiment was conducted in two environmental conditions, greenhouse and plenty of sun. The treatments consisted of four phosphorus doses (0, 100, 200 and 300 mg dm(-3) of P2O5), with or without macrophytes addition, with 16 treatments and 10 repetitions each one. The used macrophytes, collected at Jupia hydroelectric station, in Mato Grosso do Sul state, were dried, sliced, incorporated to the soil material and incubated during 60 days. The seeds of Dipteryx alata, collected around of the area, were sowed in washed sand and after 60 days introduced in the treatments. The plants were appraised monthly for height, stem diameter and leaves chlorophyll. After 210 days, the plants were collected and evaluated for fresh and dry weight of aerial part and radicular system and the soil material was evaluated for fertility and microbial activity by the carbon of liberated CO2. The organic residue, incorporated to the material of soil degraded, positively affects the soil fertility and the soil microbial activity. The applied phosphorus doses influenced the behavior of Ca, SB, H+Al and CTC, when applied in the absence of organic residue, it promoted significant and linear increments for values of potential acidity, and indicated the organic residue importance. The initial growth of the Dipteryx alata was favored by the protected cultivation, for the incorporation of organic residue and for the phosphorus addition to the soil. At the end although the material of degraded soil comes as good perspective for disposal of this residue, studies about the field conditions are necessary

Phenology, seed germination, and genetics explains the reproductive strategies of Diospyros lasiocalyx (Mart.) B. Wall

Diospyros lasiocalyx (Mart.) B. Wall. is a dioecious tree species found in the threatened and fragmented Brazilian Cerrado. Its fleshy fruits, which are consumed extensively by wildlife, make the species ideal for use in restoration. This study includes a ten-year phenological observation, germination tests, and analysis of molecular markers to understand the reproductive strategy of D. lasiocalyx based on samples from three populations in two Cerrado ecosystems in São Paulo State, Brazil. The within population reproductive phenological pattern presented low synchrony, indicating a lack of sexual reproduction. The vegetative phenological pattern was well pronounced, with the peak of senescence occurring at the end of the dry season, just before leaf flushing. A small number of unique genets were found, indicating asexual reproduction and low genotypic diversity in the studied populations. The absence of inbreeding and the presence of ramets (stems) suggest that reproduction mainly occurs by apomixis and vegetative propagation, with some mating among unrelated stems and a low germination rate. Our study indicates that D. lasiocalyx can colonize harsh environments such as the Cerrado using alternative asexual reproductive strategies, while simultaneously attracting many seed dispersers