Tese
Relação entre estrutura vertical e diversidade de espécies de plantas e animais em uma floresta de terra-firme na Amazônia central
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Resumo
Uma questão central em ecologia é como o habitat influencia a distribuição e a diversidade das
espécies no espaço. A estrutura florestal desempenha um papel importante na determinação da
adequação do habitat para plantas e animais, mas essas relações são pouco caracterizadas para
diferentes comunidades biológicas em florestas tropicais. No primeiro capítulo, usamos o lidar
terrestre portátil para quantificar métricas estruturais e determinar sua contribuição na previsão da
diversidade de espécies e mudanças de composição entre parcelas para nove grupos biológicos em
uma floresta de terra-firme. Para cada grupo, calculamos o índice alfa de Fisher e resumimos a
composição da comunidade usando a Análise de Coordenadas Principais. Como os organismos
biológicos também podem reagir diretamente às condições hidroedáficas, realizamos uma análise
de partição de variação usando regressões lineares para separar a contribuição relativa das métricas
estruturais e das variáveis hidroedáficas. No segundo capítulo, nós analisamos estas relações a
nível de estrato e não somente entre parcelas, já que os microambientes entre estratos associados
a estrutura vertical também variam, com gradientes ambientais no espaço horizontal podendo
modular estas relações. Nós investigamos como a diversidade e composição de espécies e a
densidade da madeira variam ao longo dos estratos verticais da floresta e como essas relações são
moduladas pela profundidade do lençol freático. Nós utilizamos dados de 23 parcelas de uma
floresta de terra-firme, onde cada parcela foi dividida em 10 estratos verticais. Utilizamos como
variáveis respostas o índice de alfa de fisher, o primeiro eixo de ordenação da composição de
espécies e o valor médio da densidade da madeira ponderado pela abundância relativa de cada
espécie no estrato. Utilizamos modelos lineares generalizados mistos para análise estatística. No
primeiro capítulo, como principais resultados encontramos que a estrutura da floresta foi
relacionada à diversidade e composição de alguns grupos, especificamente plantas, anuros e aves.
A altura média do dossel, o volume da altura da área foliar e a assimetria do perfil vertical
explicaram mais de um terço da diversidade de espécies de palmeiras e árvores, com valores mais
altos relacionados à maior diversidade de espécies. As variáveis hidroedáficas foram os preditores
mais importantes do eixo de composição principal para grupos de plantas, mas algumas métricas
estruturais explicaram mais de 30% do eixo de composição secundário para samambaias+licófitas,
árvores, aves e anuros. No segundo capítulo, encontramos que uma estratificação vertical
significativa da composição de espécies com base na presença-ausência e da densidade da
madeira, especialmente em áreas com lençol freático mais profundo. Os estratos mais altos
apresentaram maior densidade da madeira, provavelmente devido às maiores necessidades de
suporte mecânico e à eficiência do transporte de água. Não encontramos fortes evidências de
estratificação vertical da diversidade de espécies e da composição com base na abundância
relativa. Esta tese reforça o potencial de estimar a diversidade de espécies e as mudanças de
composição em gradientes estruturais usando métricas derivadas de lidar em florestas tropicais,
além de destacar a importância de considerar características funcionais e gradientes verticais e
hidrológicos em estudos ecológicos e no manejo florestal, com implicações para a conservação da
biodiversidade e o armazenamento de carbono.
Palavras-chave: floresta tropical, estrutura vertical da floresta, ecologia de comunidade,
sensoriamento remoto lidar, partição de nicho, microambientes de luz, diversidade de espécies,
densidade da madeira, disponibilidade de água
Abstract:
A central question in ecology is how habitat influences the distribution and diversity of species in
space. Forest structure plays an important role in determining habitat suitability for plants and
animals, but these relationships are poorly characterized for different biological communities in
tropical forests. In the first chapter, we used ground-based lidar to quantify structural metrics
and determine their contribution in predicting species diversity and compositional changes
between plots for nine biological groups in a terra-firme forest. For each group, we calculated
Fisher's alpha index and summarized community composition using Principal Coordinates
Analysis. As biological organisms may also react directly to hydro-edaphic conditions, we carried
out variation partitioning analysis using linear regressions to disentangle the relative contribution
of structural metrics and hydro-edaphic variables. In the second chapter, we analyze these
relationships at the stratum level and not just between plots, since the microenvironments between
strata associated with vertical structure also vary, with environmental gradients in horizontal space
being able to modulate these relationships. We investigated how species diversity, composition
and wood density vary across vertical forest strata and how these relationships are modulated by
water table depth. We used data from 23 plots in a terra-firme forest, where each plot was divided
into 10 vertical strata. We used Fisher's alpha index, the first ordination axis of species
composition, and the mean value of wood density weighted by the relative abundance of each
species in the stratum as response variables. We used generalized linear mixed models for
statistical analysis. In the first chapter, the main results were that the forest structure was related
to the diversity and composition of certain groups, specifically plants, anurans, and birds. Mean
canopy height, leaf area height volume, and skewness explained more than one-third of species
diversity of palms and trees, with higher values relating to higher species diversity. Hydro-edaphic
variables were the most important predictors of the main compositional axis for plant groups, but
some structural metrics explained more than 30% of the secondary compositional axis for
ferns+lycophytes, trees, birds, and anurans. In the second chapter, we found significant vertical
stratification of species composition based on presence-absence and wood density, especially in
areas with a deeper water table. The higher strata had higher wood density, probably due to greater
mechanical support needs and water transport efficiency. We found no strong evidence of vertical
stratification of species diversity and composition based on relative abundance. This thesis
reinforces the potential for estimating species diversity and compositional changes across
structural gradients using lidar-derived metrics in tropical forests and highlights the importance of
considering functional traits and both vertical and hydrological gradients in ecological studies and
forest management, with implications for biodiversity conservation and carbon storage.
Keywords: tropical forest, vertical forest structure, community ecology, lidar remote sensing,
niche partitioning, light microenvironments, species diversity, wood density, water availability.