Facilitação entre plantas e suas implicações para a dinâmica e restauração de restingas

• Main Author: Castanho, Camila de Toledo
• Other Authors: Prado, Paulo Inácio de Knegt López de
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2012
• Subjects: Hipótese do gradiente de estresse; Interações entre plantas; Nurse plant; Plant interaction; Plantas-berçário; Stress gradient hypothesis
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/41/41134/tde-24082012-151906/

Nas últimas duas décadas estudos empíricos têm demonstrado a importância da facilitação entre plantas, especialmente sob condições ambientais severas. Tal constatação inspirou a proposição da hipótese do gradiente de estresse (HGE), um modelo conceitual que prediz que a freqüência relativa entre facilitação e competição deve variar inversarmente ao longo de um gradiente de estresse, sendo a facilitação mais comum sob condições extremamente severas. As restingas (ou planícies costeiras arenosas) são ambientes caracterizados por condições ambientais limitantes para o desenvolvimento das plantas, fazendo-se então um ambiente propício para o predomínio de facilitação. Além disso, o gradiente de intensidade de estresse e perturbação relacionado à distância do mar faz ainda deste ecossistema um modelo ideal para testar a HGE. O objetivo geral desta tese foi estudar facilitação entre plantas de restinga através dos seguintes objetivos específicos: i) Apresentar uma revisão sistemática dos trabalhos já publicados sobre facilitação entre plantas de restinga em escala mundial, assim como investigar, através de meta-análise, que fatores influenciam a presença e intensidade da facilitação entre plantas; ii) Testar se os padrões de associação espacial entre árvores adultas isoladas e plantas de distintas formas de vida se alteram ao longo de um gradiente ambiental praia-interior, conforme esperado pela HGE; iii) Testar a HGE através de experimentos de campo envolvendo transplante da espécie potencialmente beneficiada, assim como manipulação de recurso limitante ao longo do gradiente praia-interior; iv) Testar se o sombreamento é um mecanismo de facilitação na restinga. Para os testes empíricos (objetivos ii-iv), as observações e experimentos foram realizados em um gradiente de restinga arbustiva do Parque Estadual da Ilha do Cardoso (PEIC) localizado em Cananéia, São Paulo, Brasil. Os resultados indicaram que: i) diversas condições e aspectos da facilitação entre plantas de planícies costeiras têm sido pouco exploradas, como por exemplo, há poucos estudos nas regiões tropicais e poucos estudos que consideraram estágios de vida de semente ou de adultos da espécie alvo da interação. Dentre os estudos publicados, fatores como precipitação, região geográfica e estágio de vida da planta alvo definitivamente influenciam a existência e magnitude da facilitação entre plantas de restinga; ii) para a maioria das formas de vida, o padrão de associação espacial com árvores adultas não se altera ao longo do gradiente ambiental conforme predito pela HGE. Apenas árvores jovens apresentam associação espacial positiva com árvores adultas, o que sugere efeito de planta-berçário entre árvores da restinga arbustiva; iii) tanto a intensidade quanto a importância da interação entre árvores foram negativamente relacionadas ao estresse, rejeitando então a proposição clássica da HGE. Além disso, o sinal da interação foi dependente do estágio de vida da espécie alvo, uma vez que a presença do adulto vizinho foi predominantemente negativa sobre o estágio de semente mas positiva sobre a sobrevivência das plântulas; iv) o efeito de planta-berçário entre árvores da restinga é, pelo menos parcialmente, explicado pelo sombreamento gerado pela copa da espécie facilitadora. Dessa forma, concluimos que a facilitação via sombreamento é uma interação relevante entre árvores adultas e jovens na restinga. Entretanto, ao contrário do previsto pela HGE, o efeito de planta-berçário tende a ser mais intenso em condições ambientais mais amenas. Estes resultados sugerem a existência de um ciclo de retroalimentação positiva gerado a partir do estabelecimento das primeiras árvores isoladas. Este ciclo positivo apresenta implicações importantes para a compreensão da organização estrutural da vegetação da restinga arbustiva, em que moitas de espécies lenhosas estão distribuídas em uma matriz predominantemente herbácea. Adicionalmente, a facilitação entre árvores e sua dependência em relação às condições ambientais locais devem ser mecanismos essenciais para explicar o gradiente de fisionomias vegetacionais sobre os cordões arenosos, a qual inicia-se em uma vegetação aberta e termina em uma floresta, assim como para entender a dinâmica temporal desta vegetação ao longo do tempo. Por fim, nossos resultados também apresentam implicações práticas, relacionadas ao uso potencial de plantas-berçário e mímicos de sombra como técnicas de manejo para aumentar o estabelecimento de mudas transplantadas em projetos de restauração de restingas arbustivo-arbóreas. === In the last two decades, empirical studies have shown the importance of plant interaction, especially under harsh environmental conditions. These observations led to the proposition of the stress gradient hypothesis (SGH), a conceptual model predicting that the relative frequency of facilitation and competition will vary inversely across gradients of stress, with facilitation being the dominant interaction under highly stressful conditions. Coastal dunes (known as restinga in Brazil) are environments with limiting conditions for plant performance, which makes them suitable for facilitation predominance among plant interactions. Furthermore, there is a gradient of stress and disturbance related to the presence of the sea, making this environment an ideal model to test the SGH. The general goal of this thesis was to study plant facilitation in coastal dunes with the following specific objectives: i) to perform a systematic review of published studies on plant facilitation in costal dunes around the world as well as to investigate, using a meta-analysis approach, factors that affect the existence and magnitude of plant facilitation; ii) to test if spatial association between isolated adult trees and understory plants of distinct life forms changes along a beach-to-inland gradient, as expected by the SGH; iii) to test the SGH through field experiments involving target species transplantation coupled with manipulation of limiting resource along a beach-to-inland gradient; iv) to test if shading is a facilitation mechanism in coastal dunes. The empirical tests (objectives ii-iv) were conducted in an open scrub coastal dune located at Ilha do Cardoso State Park, Cananéia, São Paulo, Brazil. Our results indicate that: i) several aspects and conditions of plant facilitation in coastal dunes have been little studied. For instance, few studies were conducted in tropical regions and few of them studied the effect of neighbor presence on seed and adult life stage of the target species. Precipitation, geographic region and target life stage affect the existence and magnitude of plant facilitation; ii) For most of the understory life forms, the spatial association between adult trees and understor plants do not change along the environmental gradient as predicted by the SGH. Among all life forms, only young trees were positively associated with adult trees, suggesting a nurse plant effect among trees in coastal dunes; iii) Both intensity and importance of the interaction among trees were negatively related to stress, rejecting the classic proposition of the SGH. Furthermore, the signal of the net interaction depends on the life stage of the target species since the adult neighbor had mostly negative effects on target species seeds but positive effects on seedlings survival; iv) The nurse plant effect among trees was, at least partly, due to the shading provided by the facilitator crown. Overall, we concluded that facilitation driven by shade is a relevant interaction between adult and young trees in the studied coastal dune. However, contrary to what was expected by the early propositions of the SGH, the observed nurse plant effect tends to be more intense under mild conditions. Our results suggest a positive feedback relationship started with the establishment of the first isolated trees. This positive feedback has important implications to understand the vegetation organization on open scrub vegetation, where patches of woody species are scattered in a matrix of herbaceous plants. Furthermore, the facilitation between trees and their dependency on local environmental conditions could be fundamental to explain the gradient of vegetation physiognomies from open vegetation to forest observed along the beach-to-inland gradient, as well as to understand the dynamics of this vegetation over time. Finally, our results also have practical implications, highlighting the potential use of nurse plants and artificial shade as techniques to restore shrubland or forest physiognomies in coastal dunes.