Are coexisting biomes in a heterogeneous tropical landscape alternative stable states?

# Are coexisting biomes in a heterogeneous tropical landscape alternative stable states?
## Qualificação de doutorado
### Marcio Baldissera Cure - Bernardo Monteiro Flores - Rafael Silva Oliveira - Marina Hirota
### PPG Ecologia, UFSC
### 2021-09-29

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## Estados alternativos funcionais, mecanismos de feedback e resiliência da vegetação tropical

**OBJETIVO GERAL:** A tese tem por objetivo geral entender a <i> <u >resiliência </i> </u> da vegetação neotropical à mudanças nos regimes de chuva com base na funcionalidade da vegetação.

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## Organização da tese

Cap I. Entender a relação dos atributos funcionais da vegetação neotropical com os mechanismos de feedbacks que governam a dinâmica de florestas e savannas.

Cap II. Testar se florestas e savannas são estados alternativos funcionais <u> sob o mesmo regime de precipitação. </u> (Escala da paisagem)

Cap III. Testar se florestas e savannas são estados alternativos funcionais <u> ao longo de um gradiente de sazonalidade. </u> (Escala continental)
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## Estados alternativos funcionais, mecanismos de feedback e resiliência da vegetação tropical

**OBJETIVO GERAL**: A tese tem por objetivo geral entender a <u> <i> resiliência </u> </i> da vegetação neotropical à mudanças nos regimes de chuva com base na funcionalidade da vegetação.

## Organização da tese

Cap I. Entender a relação dos atributos funcionais da vegetação neotropical com os mechanismos de feedbacks que governam a dinâmica de florestas e savannas.

**Cap II. Testar se florestas e savannas são estados alternativos funcionais <u> sob o mesmo regime de precipitação. </u> (Escala da paisagem)**

Cap III. Testar se florestas e savannas são estados alternativos funcionais <u> ao longo de um gradiente de sazonalidade. </u> (Escala continental)

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# Resiliência ecológica

- Conceito (*Holling 1973 - Annual Review of Ecology and Systematics*)

- Supõe a existência de estados alternativos de funcionamento

- Variável de estado funcional, não estrutural.

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*Keane et al 2018 - Ecosphere*
]
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## Savanas e Florestas na região tropical

- São estados alternativos em termos de estrutura da vegetação (cobertura do dossel) determinados parcialmente pela PMA (*Hirota et al 2011 - Science*).

<div class="figure" style="text-align: center">
<img src="img/hirota.jpg" alt="Hirota et al (2011) Science" width="60%" />
<p class="caption">Hirota et al (2011) Science</p>
</div>
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# Sob o mesmo regime de precipitação

- __Savannas__ e __florestas__ dividem a mesma paisagem e sua distribuição é determinada pelo regime de fogo, disponibilidade de água e características do solo.

.center[
<img width="74%" src="img/staalflores.png"/>
  ]
  
  *Ferreira et al (2007); Dantas et al (2016); Veenendaal et al (2018); Pausas et al (2020); Bernardino et al (2021)*

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# Estrutura *vs*  funcionalidade

- Estudos sugerem que o funcionamento da vegetação seja correspondente à estrutura. (*Dantas et al 2015; Xu et al 2016; Bernardino et al 2021*)

- Florestas e savannas são estados alternativos funcionais controlados por fogo (Área basal, BT, SLA, WD,  como proxy da funcionalidade) (*Dantas et al 2015; Bernardino et al 2021*).

.center[
<img width="35%" src="img/xu2016.png"/>
__
<img width = "20%" src="img/dantas20215_fig_1.png"/>
]

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class: top, left

## Cerrado *stricto sensu*

- A cobertura do dossel varia de 5 a 60%

- Presença de gramíneas

<img width="32%" src="img/IMG_20190416_131351.jpg"/>
<img width="33%" src="img/IMG_20190418_113650.jpg"/>
<img width="33%" src="img/IMG_20190420_103919.jpg"/>
                                    Fotos de MBC (2019)

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## Mata de Galeria

Fotos de MBC (2019)

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## Mas não é só isso...

- Além das savannas e das florestas úmidas, também existem as matas secas.

- Fisionomias com cobertura do dossel acima de 60% são consideradas **florestas**.

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## Mata seca

- Vegetação relacionada com solos calcáreos com maior fertilidade.

<img width="32%" src="img/WhatsApp Image 2021-04-22 at 11.20.44.jpeg"/>
<img width="33%" src="img/MS1.jpeg"/>
<img width="33%" src="img/ms2.jpeg"/>
Da esquerda para a direita, respectivamente, imagem de: Sr Gerson (proprietário da área); MBC; André Giles

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## Diferentes tipos de vegetação respondem de forma diferente às perturbações.

- Os diferentes tipos de vegetação possuem composição de espécies particulares e, portanto, características funcionais diferentes;

- Por possuírem características funcionais diferentes, também interagem com o ambiente de forma diferente.

*Tilman (2001); Charles-Dominique et al (2015); Yin et al (2014); Berdugo et al (2017); Staver et al (2020)*

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# Produtividade primária como um proxy do funcionamento da vegetação

- Produção primária bruta é uma função básica para os ecossistemas e pode ser inferida por índices derivados de imagens de satélite *Biudes et al (2021)*.

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## CAPÍTULO II: 
### **Pergunta:** Mata seca, mata de galeria e savanas sob um mesmo regime de precipitação são estados alternativos funcionais?

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***

### **Hipótese:** São estados alternativos funcionais se: **(a)** forem funcionalmente diferentes e **(b)** se estiverem sob mesmas condições de solo e de disponibilidade de água.

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# Métodos
## Local de estudo

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# Métodos
## Local de estudo

- Diferentes tipos de vegetação coexistindo na mesma paisagem e sob o mesmo regime de chuvas.

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# Métodos

**Obtenção dos *Dados de campo***

- 10 parcelas em cada fitofisionomia (200 m² cada);

- Cobertura do dossel usando o densiômetro florestal côncavo;

- Coleta de solo.

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# Métodos

**Obtenção dos *Dados remotos***

- [Landsat 8 OLI (Abril 2013 - Junho 2018)](https://earthexplorer.usgs.gov/): EVI2

-  [CHIRPS](https://data.chc.ucsb.edu/products/CHIRPS-2.0/): precipitação

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# Métodos

**Análises**

- Acoplamento = Correlação de Kendall entre chuva média mensal e EVI2 médio mensal;

- Magnitude do acoplamento = valor absoluto do acoplamento (*sem o sinal*);

- Atraso (**lag**) na maior resposta (acoplamento máximo) da vegetação de zero a seis meses;

- PCA para reduzir variáveis do solo em duas dimensões;

- Regressão linear simples: acoplamento ~ atributos do solo/PC1;

- Teste de Kruskal-Wallis e teste a posteriori de Nemenyi para testar diferenças entre as fitofisionomias.

- Teste de Mann-Kendall para medir a tendência do EVI2 na estação seca.

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# Resultados
**Precipitação**

# Resultados

Comportamento do EVI2: **Mata seca**

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# Resultados

Comportamento do EVI2: **Mata de galeria**

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# Resultados

Comportamento do EVI2: **Savanna**

# Resultados
**Oscilações do EVI2**

# Resultados

**Estatística descritiva do EVI2**

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# Resultados

**Acoplamento e atraso na resposta**

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# Resultados

**Tendência na estação seca**

<img src="img/Figure_4_NOVA.png" width="65%" style="display: block; margin: auto;" />
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# Resultados

**Condições abióticas locais: solo**

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class: top, left
# Resultados

**Solo explica respostas**

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# Resultados

**Disponibilidade de água**

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# Discussão

## Mata de galeria aumenta o greenness na estação seca;

.center[
<img width="50%" src="img/amazon_green.png"/>    
]
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class:top, center
.left[
## Discussão
]

### Algumas plantas são tolerantes ao alagamento

### ...mas há limitações na estação chuvosa

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# Discussão

## Savanna não é sensível à diminuição da precipitação durante a estação seca;

- Diversidade de estratégias de tolerância à seca;
- Acesso à água;
- Facilitação;
- Controle da perda d'água

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## Mata seca é mais responsiva que as outras vegetações.

- Estratégias diferentes permitem complementariedade de nicho;

- Deciduidade depende da fertilidade do solo;

- Ontogenia têm papel importante na estruturação da vegetação e nas respostas à seca.

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# Discussão

## Implicações pra transição dos biomas: estabilidade e resiliência

- Quem pode avançar sobre quem?

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.center[
# Conclusão]
___

### 1. Tipos de vegetação são diferentes funcionalmente;

***

### 2. Mas não são estados alternativos funcionais na escala de paisagem, pois não estão nas mesmas condições de solo nem de disponibilidade de água.

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##  __Tá, mas qual a novidade?__

## Novidade metodológica

I. A funcionalidade não é medida por atributos funcionais e sim pela resposta à oscilações na chuva.

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II. Proxy de funcionalidade capta resposta da vegetação ao longo do tempo;

***

III. Não há necessidade de se criar um gradiente de condições artificial ao se utilizar um gradiente espacial de alguma condição para representar sua variação no tempo.

***

## Contribuição ao arcabouço de conhecimento

IV Mostramos que matas secas, matas de galeria e savanas são funcionalmente diferetes e que não são estados alternativos funcionais sob o mesmo regime de precipitação.

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## Agradecimentos

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# E a todos os coleguinhas que ajudaram em campo e em discussões no laboratório ou pela internet mesmo. =)

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# Capítulo I

- Interação da vegetação com seu ambiente depende dos atributos funcionais;

- Estas interações vão determinar os mecanismos de feedback que dão autoorganização aos sistemas;

- Resiliência depende do balanço entre feedbacks positivos e feedbacks negativos.

***

### **Pergunta:** Qual a relação dos atributos funcionais da vegetação neotropical com os mechanismos de feedbacks que governam a dinâmica de florestas e savannas?
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### **Hipótese:** Os atributos funcionais são fundamentais para entender a resiliência de florestas e savannas às mudanças graduais das condições ambientais e às perturbações pontuais.
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# Capítulo III

- Há indícios de que Florestas e savannas submetidos à condições mais variáveis sejam mais resilientes (*Ciemer et al 2019 - Nature Geoscience*).

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### **Pergunta:** As respostas fenológicas (acoplamento, sd do evi, média do evi, amplitude do evi) dos tipos de vegetação na escala continental dependem do regime de precipitação (MAP, MSI, cv) como a estrutura do dossel depende?
***
### **Hipótese:** As respostas dos diferentes tipos de vegetação mudam com mudanças no regime de precipitação.