Network connectance and autonomy analyses of the photosynthetic apparatus in tropical tree species from different successional groups under contrasting irradiance conditions

Biological systems are complex dynamical systems whose relationships with environment have strong implications on their regulation and survival. From the interactions between plant and environment can emerge a quite complex network of plant responses rarely observed through classical analytical approaches. The objective of this current study was to test the hypothesis that photosynthetic responses of different tree species to increasing irradiance are related to changes in network connectances of gas exchange and photochemical apparatus, and alterations in plant autonomy in relation to the environment. The heat dissipative capacity through daily changes in leaf temperature was also evaluated. It indicated that the early successional species (Citharexylum myrianthum Cham. and Rhamnidium elaeocarpum Reiss.) were more efficient as dissipative structures than the late successional one (Cariniana legalis (Mart.) Kuntze), suggesting that the parameter deltaT (T ºCair - T ºCleaf) could be a simple tool in order to help the classification of successional classes of tropical trees. Our results indicated a pattern of network responses and autonomy changes under high irradiance. Considering the maintenance of daily CO2 assimilation, the tolerant species (C. myrianthum and R. elaeocarpum) to high irradiance trended to maintain stable the level of gas exchange network connectance and to increase the autonomy in relation to the environment. On the other hand, the late successional species (C. legalis) trended to lose autonomy, decreasing the network connectance of gas exchange. All species showed lower autonomy and higher network connectance of the photochemical apparatus under high irradiance.

Photosynthetic responses of tropical tree species from different successional groups under contrasting irradiance conditions

This study evaluated the photosynthetic responses of seven tropical trees of different successional groups under contrasting irradiance conditions, taking into account changes in gas exchange and chlorophyll a fluorescence. Although early successional species have shown higher values of CO2 assimilation (A) and transpiration (E), there was not a defined pattern of the daily gas exchange responses to high irradiance (FSL) among evaluated species. Cariniana legalis (Mart.) Kuntze (late secondary) and Astronium graveolens Jacq. (early secondary) exhibited larger reductions in daily-integrated CO2 assimilation (DIA) when transferred from medium light (ML) to FSL. On the other hand, the pioneer species Guazuma ulmifolia Lam. had significant DIA increase when exposed to FSL. The pioneers Croton spp. trended to show a DIA decrease around 19%, while Cytharexyllum myrianthum Cham. (pioneer) and Rhamnidium elaeocarpum Reiss. (early secondary) trended to increase DIA when transferred to FSL. Under this condition, all species showed dynamic photoinhibition, except for C. legalis that presented chronic photoinhibition of photosynthesis. Considering daily photosynthetic processes, our results supported the hypothesis of more flexible responses of early successional species (pioneer and early secondary species). The principal component analysis indicated that the photochemical parameters effective quantum efficiency of photosystem II and apparent electron transport rate were more suitable to separate the successional groups under ML condition, whereas A and E play a major role to this task under FSL condition.

Chlorophyll fluorescence of tropical tree species in a semi-deciduous forest gap

The characterization of different ecological groups in a forest formation/succession is unclear. To better define the different successional classes, we have to consider ecophysiological aspects, such as the capacity to use or dissipate the light energy available. The main objective of this work was to assess the chlorophyll fluorescence emission of tropical tree species growing in a gap of a semi-deciduous forest. Three species of different ecological groups were selected: Croton floribundus Spreng. (pioneer, P), Astronium graveolens Jacq. (early secondary, Si), and Esenbeckia febrifuga A. Juss. (late secondary, St). The potential (Fv/Fm) and effective (deltaF/Fm') quantum efficiency of photosystem II, apparent electron transport rate (ETR), non-photochemical (qN) and photochemical (qP) quenching of fluorescence were evaluated, using a modulated fluorometer, between 7:30 and 11:00 h. Values of Fv/Fm remained constant in St, decreasing in P and Si after 9:30 h, indicating the occurrence of photoinhibition. Concerning the measurements taken under light conditions (deltaF/Fm', ETR, qP and qN), P and Si showed better photochemical performance, i.e., values of deltaF/Fm', ETR and qP were higher than St when light intensity was increased. Values of qN indicated that P and Si had an increasing tendency of dissipating the excess of energy absorbed by the leaf, whereas the opposite was found for St. The principal component analysis (PCA), considering all evaluated parameters, showed a clear distinction between St, P and Si, with P and Si being closer. The PCA results suggest that chlorophyll fluorescence may be a potential tool to differentiate tree species from distinct successional groups.

Photosynthetic responses of four tropical tree species grown under gap and understorey conditions in a semi-deciduous forest

Leaf CO2 assimilation (A) as a function of photosynthetic photon flux density (Q) or intercellular CO2 concentration (Ci) and chlorophyll fluorescence measurements were carried out on four tropical woody species growing in forest gap and understorey (Bauhinia forficata Link. and Guazuma ulmifolia Lam. as pioneers, and Hymenaea courbaril L. and Esenbeckia leiocarpa Engl. as non-pioneers). Chlorophyll fluorescence indicated similar acclimation capacities of photochemical apparatus to contrasting light environments irrespective to plant species. Maximum CO2 assimilation and quantum yield derived from A/Q curves indicated higher photosynthetic capacity in pioneer than in non-pioneer species in forest gap. However, the differences among species did not show a straightforward relation with their successional status regarding data derived from A/Q curves under understorey conditions. Both successional groups are able to sustain positive carbon balance under contrasting natural light availabilities, modifying photochemical and biochemical photosynthetic traits with similar phenotypic plasticity capacity.

Efeito do tamanho de tubetes na qualidade de mudas de Jatobá (Hymenaea courbaril L. var. stilbocarpa (Hayne) Lee et Lang.), Ipê-amarelo (Tabebuia chrysotricha (Mart. ex DC.) Sandl.) e Guarucaia (Parapiptadenia rigida (Benth.) Brenan)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Dominance of legume trees alters nutrient relations in mixed species forest restoration plantings within seven years

Failures in reforestation are often attributed to nutrient limitation for tree growth. We compared tree performance and nitrogen and phosphorus relations in adjacent mixed-species plantings of contrasting composition, established for forest restoration on Ultisol soil, originally covered by tropical semi-deciduous Atlantic Forest in Southeast Brazil. Nutrient relations of four tree species occurring in both planting mixtures were compared between a legume-dominated, species-poor direct seeding mixture of early-successional species ("legume mixture"), and a species-diverse, legume-poor mixture of all successional groups ("diverse mixture"). After 7 years, the legume mixture had 6-fold higher abundance of N(2)-fixing trees, 177% higher total tree basal area, 22% lower litter C/N, six-fold higher in situ soil resin-nitrate, and 40% lower in situ soil resin-P, compared to the diverse mixture. In the legume mixture, non-N(2)-fixing legume Schizolobium parahyba (Fabaceae-Caesalpinioideae) had significantly lower proportional N resorption, and both naturally regenerating non-legume trees had significantly higher leaf N concentrations, and higher proportional P resorption, than in the diverse mixture. This demonstrate forms of plastic adjustment in all three non-N(2)-fixing species to diverged nutrient relations between mixtures. By contrast, leaf nutrient relations in N(2)-fixing Enterolobium contortisiliquum (Fabaceae-Mimosoideae) did not respond to planting mixtures. Rapid N accumulation in the legume mixture caused excess soil nitrification over nitrate immobilization and tighter P recycling compared with the diverse mixture. The legume mixture succeeded in accelerating tree growth and canopy closure, but may imply periods of N losses and possibly P limitation. Incorporation of species with efficient nitrate uptake and P mobilization from resistant soil pools offers potential to optimize these tradeoffs.

Ecologia morfofuncional de plântulas de espécies arbóreas da Estação Ecológica do Panga, Uberlândia, Minas Gerais

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Chlorophyll fluorescence of tropical tree species in a semi-deciduous forest gap

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Classes sucessionais e síndromes de dispersão de espécie arbóreas e arbustivas existentes em vegetação ciliar remanescente (Conchal, SP), como subsídio para avaliar o potencial do fragmento como fonte de propágulos para enriquecimento de áreas revegetadas no Rio Mogi-Guaçu, SP

Este estudo foi realizado em fragmento de vegetação ciliar remanescente, localizado à margem direita do rio Mogi-Guaçu, Município de Conchal, SP, tendo como objetivo a avaliação do potencial desse fragmento como fonte de propágulos para projetos de enriquecimento em áreas ciliares implantadas na região de Mogi-Guaçu, SP. Para tanto, foi realizada a caracterização sucessional e da síndrome de dispersão das espécies arbóreas e arbustivas. No local, foram registradas 99 espécies arbóreas e arbustivas, pertencentes a 38 famílias. As famílias com maior número de espécies foram Euphorbiaceae, Fabaceae, Myrtaceae e Rubiaceae. Quanto aos grupos sucessionais, foi verificado equilíbrio na quantidade de espécies secundárias tardias (28,3%) e daquelas típicas de sub-bosque (23,2%). A síndrome de dispersão predominante entre as espécies arbóreas e arbustivas foi a zoocoria, identificada em 64,6% delas, seguida pela anemocoria, que representou 20,2% dos casos. Os resultados gerais apontaram o bom estado de conservação desse fragmento e a viabilidade de sua utilização como fonte de propágulos para ações de revegetação em áreas ciliares da região.

Responses of transplanted native tree species to invasive alien grass removals in an abandoned cattle pasture in the Lacandon region, Mexico

We tested the early performance of 16 native early-, mid-, and late-successional tree species in response to four intensities of grass removal in an abandoned cattle pasture dominated by the introduced, invasive African grass, Cynodon plectostachyus, within the Lacandon rainforest region, southeast Mexico. The increase in grass removals significantly improved the performance of many species, especially of early-and mid-successional species, while performance of late-successional species was relatively poor and did not differ significantly among treatments. Good site preparation and at least one additional grass removal four months after seedling transplant were found to be essential; additional grass removals led to improved significantly performance of saplings in most cases. In order to evaluate the potential of transplanting tree seedlings successfully in abandoned tropical pastures, we developed a "planting risk index", combining field performance measurements and plantation cost estimations. Our results showed a great potential for establishing restoration plantings with many early-and mid-successional species. Although planting risk of late-successional species was considered high, certain species showed some possibilities of acclimation after 18 months and should be considered in future plantation arrangements in view of their long-term contributions to biodiversity maintenance and also to human welfare through delivery of ecosystem services. Conducting a planting risk analysis can help avoid failure of restoration strategies involving simultaneous planting of early-, mid-, and late-successional tree species. This in turn will improve cost-effectiveness of initial interventions in large-scale, long-term restoration programs.

Quantificação de biomassa e carbono da parte aérea em uma área de Mata Atlântica, na Serra da Cantareira, São Paulo

A atividade humana tem contribuído com as emissões de gases de efeito estufa (GEE) associadas, principalmente, com queima de combustíveis fósseis e mudanças no uso da terra. Assim, se faz necessário que sejam adotadas medidas visando o retardamento dos efeitos das mudanças climáticas. As florestas exercem papel essencial no balanço de carbono principalmente por funcionarem como sumidouros de CO2. Por outro lado, se desmatadas, promovem emissões e liberam parte do carbono estocado. A quantidade de biomassa florestal e o teor de carbono podem variar em função do tipo florestal, bem como de sua localização. Entretanto, fator importante diz respeito à confiabilidade dos dados mensurados neste tipo de pesquisa. A biomassa e o carbono da parte aérea podem ser determinados via método destrutivo, ou estimados via método não destrutivo. A construção do Rodoanel Mário Covas trecho norte e a supressão de uma área de Mata Atlântica possibilitou a realização de estudo de biomassa da parte aérea via método destrutivo. O objetivo deste trabalho foi estudar o tamanho e forma de parcelas, a intensidade amostral, quantificar a biomassa e o carbono na parte aérea, comparar métodos destrutivos e não destrutivos para a quantificação de biomassa e carbono na parte aérea, estudar a variação da densidade básica da madeira das espécies nas diferentes classes de DAP e grupos sucessionais e comparar as medidas de altura total e DAP obtidas a campo no inventário com as medidas coletadas após o corte. O tamanho mais conveniente de parcela foi 400 m 2, com forma retangular e dimensão de 10 x 40 m. A intensidade amostral variou entre 39 e 75 unidades amostrais. A biomassa da parte aérea obtida, via método destrutivo, foi de 188,3 Mg ha-1 e o carbono, 85,1 Mg ha-1. A biomassa estimada por equações alométricas da literatura foi subestimada, quando comparada ao valor real, obtido via método destrutivo. As menores classes de DAP apresentaram as maiores densidades básicas da madeira. A densidade básica foi 0,488 g cm-3 na média das espécies. A porcentagem de carbono contida nos troncos e galhos não diferiu entre as classes de DAP. O teor de carbono foi 45,41%, na média dos troncos e galhos. Espécies pioneiras acumularam maior quantidade de biomassa e carbono nos galhos e apresentaram maior densidade básica que as não pioneiras. A utilização dos dados coletados na fase de inventário e após o corte não afetaram os valores de biomassa estimados.

Modelagem do crescimento e produção aplicado ao manejo florestal na Amazônia brasileira

A floresta Amazônica possui um papel ambiental, social e econômico importante para a região, para o país e para o mundo. Dessa forma, técnicas de exploração que visam a diminuição dos impactos causados à floresta são essenciais. Com isso, o objetivo dessa tese é comparar a Exploração de Impacto Reduzido com a Exploração Convencional na Amazônia brasileira através de modelos empíricos de árvore individual de crescimento e produção. O experimento foi instalado na fazenda Agrossete, localizada em Paragominas - PA. Em 1993, três áreas dessa fazenda foram selecionadas para exploração. Na primeira área, 105 hectares foram explorados através da Exploração de Impacto Reduzido. Na segunda área, 75 hectares foram submetidos à Exploração Convencional. E, por fim, a terceira área foi mantida como área testemunha. A coleta de dados de diâmetro à altura do peito e a identificação das espécies dentro de uma parcela de 24,5 hectares, instalada aleatoriamente em cada área, foi realizada nos anos de 1993 (antes da colheita), 1994 (seis meses depois da colheita), 1995, 1996, 1998, 2000, 2003, 2006 e 2009. Dessa forma, as três áreas foram comparadas através do ajuste de um modelo de incremento diamétrico, considerando que efeito estocástico podia assumir outras quatro distribuições além da distribuição normal, de um modelo de probabilidade de mortalidade e de um modelo de probabilidade de recrutamento. O comportamento do incremento diamétrico indicou que as áreas que foram submetidas a exploração possuem o mesmo comportamento em quase todos os grupos de espécies, com exceção do grupo de espécies intermediárias. Os indivíduos que são submetidos a exploração possuem um maior crescimento em diâmetros quando comparados com área que não sofreu exploração. Além disso, assumir o efeito estocástico com distribuição Weibull melhorou o ajuste dos modelos. Em relação à probabilidade de mortalidade, novamente as áreas que sofreram exploração possuem comportamento semelhante quanto à mortalidade, mas diferente da área que não foi explorada, sendo que os indivíduos localizados nas áreas exploradas possuem uma maior probabilidade de morte em relação aos presentes na área não explorada. Os modelos de probabilidade de recrutamento indicaram diferença apenas entre as áreas exploradas e a área controle. Sendo que, as áreas exploradas apresentaram uma maior taxa de recrumento em comparação a área não explorada. Portanto, o comportamento individual das árvores após a exploração é o mesmo na Exploração Convencional e na Exploração de Impacto Reduzido.

COMPOSIÇÃO FLORÍSTICA E CARACTERIZAÇÃO SUCESSIONAL COMO SUBSÍDIO PARA CONSERVAÇÃO E MANEJO DO PNMCBio, SOROCABA - SP

O trabalho foi realizado no Parque Natural Municipal Corredores da Biodiversidade (PNMCBio), em Sorocaba -SP, com o objetivo de avaliar a composição florística do componente arbóreo e o estágio sucessional de uma área de floresta nativa de aproximadamente 31 hectares. Para tanto, foram alocadas 64 parcelas de tamanho 10 x 10 m, distribuídas aleatoriamente na área, sendo coletados todos os indivíduos com CAP igual ou maior que 15 cm. Estimou-se a diversidade por meio do índice de diversidade de Shannon (H’) e a equabilidade por meio do índice de Pielou (J’). As espécies foram caracterizadas nos grupos sucessionais, síndrome de dispersão, categorias de ameaça, amplitude de distribuição e indicadoras do estágio de regeneração. Foram amostrados 1088 indivíduos, distribuídos em 79 espécies, 54 gêneros e 29 famílias, sendo o H’ estimado em 3,421 e o J’ em 0,78, valores próximos aos encontrados em outras áreas de formações vegetacionais similares. Foram identificadas quatro espécies ameaçadas de extinção, 11 espécies endêmicas da Mata Atlântica e duas espécies restritas à Floresta Estacional Semidecidual no domínio da Mata Atlântica. O fragmento encontra-se em estágio médio de regeneração, sendo de suma importância sua conservação e manejo para a manutenção da biodiversidade local e regional.

Periodicidade do crescimento de espécies arbóreas da Floresta Estacional Semidecidual no Sul do Brasil.

Embora a sazonalidade climática seja menos evidente nas regiões tropicais que nas temperadas, muitas espécies tropicais apresentam crescimento rítmico. A avaliação do crescimento em circunferência do tronco (CCT) permitirá obter informações sobre o desenvolvimento dos indivíduos de espécies arbóreas desta região. Esse estudo teve como objetivo avaliar o CCT de 11 espécies arbóreas de uma floresta estacional semidecidual no sul do Brasil, visando testar duas hipóteses: (i) existe sazonalidade no CCT das árvores e este crescimento está relacionado às variações climáticas da região de estudo; (ii) as características dos indivíduos (posição sociológica, altura da árvore, grau de ocupação por lianas, deciduidade e diâmetro à altura do peito) influenciam no incremento acumulado em circunferência. Para detectar a periodicidade do CCT foram implantadas faixas dendrométricas permanentes no tronco (altura do DAP) de 156 indivíduos. O acompanhamento do crescimento foi realizado mensalmente por um período de 18 meses. Foram feitas correlações do CCT mensal com a precipitação, temperatura e fotoperíodo para verificar a influencia dos fatores ambientais e análise de covariância para averiguar se as características dos indivíduos também interferiram no incremento acumulado em circunferência do tronco. As espécies apresentaram um padrão sazonal de CCT, com as maiores taxas de crescimento de outubro a dezembro, sendo que os parâmetros ambientais avaliados atuaram em conjunto - principalmente o fotoperíodo e a temperatura - promovendo essa sazonalidade e confirmando a primeira hipótese. Considerando as características dos indivíduos, somente o diâmetro do tronco correlacionou-se negativamente com o incremento acumulado em circunferência (b = -0,32; p = 0,02), aceitando parcialmente a segunda hipótese.

Biological significance of dead biomass retention trait in Mediterranean Basin species: an analysis between different successional niches and regeneration strategies as functional groups

Standing dead biomass retention is considered one of the most relevant fuel structural traits to affect plant flammability. However, very little is known about the biological significance of this trait and its distribution between different functional groups. Our aim was to analyse how the proportion of dead biomass produced in Mediterranean species is related to the successional niche of species (early-, mid- and late-successional stages) and the regeneration strategy of species (seeders and resprouters). We evaluated biomass distribution by size classes and standing dead biomass retention in nine dominant species from the Mediterranean Basin in different development stages (5, 9, 14 and 26 years since the last fire). The results revealed significant differences in the standing dead biomass retention of species that presented a distinct successional niche or regeneration strategy. These differences were restricted to the oldest ages studied (>9 years). Tree and small tree resprouters, typical in late-successional stages, presented slight variations with age and a less marked trend to retain dead biomass, while seeder shrubs and dwarf shrubs, characteristic of early-successional stages, showed high dead biomass loads. Our results suggest that the species that tend to retain more dead branches are colonising species that may promote fire in early-successional stages.