Os incêndios estão entre as principais causas da perda de diversidade em florestas tropicais e aparentemente seus impactos são ainda mais intensos em áreas de floresta sob efeito de borda. Com o objetivo de quantificar os danos causados pelo fogo sobre o ecossistema e verificar se a dimensão dos danos e a resiliência do ecossistema estão correlacionados com a distância da borda, foram analisados o banco de sementes e a comunidade vegetal em um trecho de floresta estacional semidecidual, na estação ecológica dos Caetetus, Gália, SP. A área experimental compreende dois setores: a floresta queimada, alvo de incêndio acidental e a floresta não queimada adjacente, utilizada como controle. Cada setor foi subdividido em duas faixas de distância da borda da floresta: 0-20 m e 20-50 m. Para o estudo do banco de sementes foram coletadas amostras nas quatro situações de amostragem, cinco dias após o fogo. Para avaliação dos impactos do incêndio sobre a comunidade vegetal e monitoramento da regeneração dos estratos arbóreo e regenerante na área queimada, foram amostrados cinco transectos de 10 x 50 m sentido borda - interior, avaliados aos seis, 15 e 24 meses após a passagem do fogo. O mesmo desenho amostral foi utilizado na área não queimada, em um único levantamento. Visando verificar se a eliminação de gramíneas invasoras e lianas facilitaria a regeneração da comunidade arbórea, foram instalados cinco transectos adicionais de 10 x 20 m, perpendiculares à borda, nos quais foram efetuadas quatro operações de retirada de lianas e capins, em um período de 24 meses. No banco de sementes, tanto a densidade quanto o número de espécies foram consideravelmente inferiores na área queimada (97 sementes.m-2, de 26 espécies) em comparação com a área não queimada (257 sementes.m2, de 40 espécies). A avaliação dos impactos na estrutura da floresta revelou que o fogo foi mais intenso na faixa mais externa da borda, em que houve perda de 100% da biomassa arbórea, enquanto na faixa mais interna a perda foi de 89%. Em comparação com a floresta não queimada, a comunidade vegetal na área atingida pelo fogo apresentou 43 espécies a menos aos seis meses, diferença que diminuiu para 14 espécies aos 24 meses. A resiliência, analisada com base na recuperação da biomassa arbórea, é maior na faixa mais interna, devido às espécies pioneiras oriundas de sementes que se desenvolvem rapidamente. A rebrota de árvores atingidas pelo fogo também é maior na faixa mais distante da borda e contribuiu significativamente na recuperação da riqueza. O controle de gramíneas e cipós apresentou efeito benéfico exclusivamente para o estrato arbóreo e apenas na faixa de 0-10 m de distância da borda da floresta, proporcionando aumento de área basal, densidade total de plantas e cobertura de copas. Os resultados das operações de manejo indicam que técnicas complementares devem ser aplicadas, visando à facilitação da restauração da floresta após o incêndio. O fogo mostrou-se como elemento de degradação, desde o banco de sementes até o estrato arbóreo. Ainda que a floresta tenha recuperado parte de sua riqueza em dois anos, este processo é lento, caracterizando baixa resiliência, especialmente na faixa mais externa da floresta onde o fogo é ameaça permanente. / Fire is one of the main factors causing biodiversity losses in tropical forests and such losses are reported to be still more intense in forest edges. With the aim of quantifying the damages by fire on the seasonal semideciduous forest, and verifying weather their extension and the ecosystem resilience are correlated to the border distance or not, we analyzed both the seed bank and the plant community after fire in the forest edge of Caetetus ecological station (Gália, São Paulo state, Brazil). The experimental area comprised two sectors: 1) burned area (after an incidental fire in October 2003), and 2) unburned neighboring area (control). Every sector was divided in two strips, according to the distance from the edge: 0-20 m and 20-50 m. The soil seed bank was surveyed in the four situations described, five days after fire. Plant community structure and regeneration were assessed in five permanent transections (10 x 50 m), instaled from the edge to the interior, where plant individuals were measured and identified, at six, 15, 18 and 24 months after fire. The same design was repeated once in the unburned area, for comparison. Additionally, with the aim of verifying the hypothesis that arboreal community regeneration after fire could be improved by controlling lianas and invasive grasses, five managed transections (10 x 20 m each) were installed, perpendicular to the edge, where grasses and lianas were eliminated four times within a 24 months period. Fire effects on the ecosystem were remarkable. Richness and density of the seed bank after fire (97 seeds.m-2, 26 species) were considerably lower than in the neighboring unburned forest (257 seeds.m-2, 40 species), the difference being still larger close to the edge (0-20 m). Forest structure was totally changed, 100% of the arboreal biomass lost in the external strip (0-20 m) and 89% lost in the internal strip (20-50 m). Six months after fire the burned area had 43 species, less than the unburned forest. Richness has been slowly recovered and, 24 months after fire, that difference had decreased to 14 species. Resilience, analyzed in terms of biomass recovery, is higher in the internal strip (20-50 m from the edge), where pioneer species quickly regenerate from seeds. Sprouting, which has also been more effective in the internal strip, has equally contributed to the richness recovery. Eliminating grasses and lianas favored only arboreal species in the external strip (0-10 m) where their density, basal area and crown cover were slightly higher than in the unmanaged plots. We consider that this technique, alone, can not be recommended to improve the forest restoration after fire. Fire was, though, a very strong degrading agent in the studied forest, almost completely destroying the arboreal biomass, besides the remarkable reduction in species richness in the seed bank and in the arboreal layer as well. Even though the forest richness and biodiversity have been recovered, that has been a very slow process (low resilience) specially close to the forest edge, where fire is a permanent threat.

Os efeitos de borda e a alteração da estrutura das paisagens constituem consequências negativas da fragmentação florestal responsáveis por transformações nos processos ecológicos. Decorrentes da expansão desordenada de atividades antrópicas, estas alterações podem comprometer o futuro dos remanescentes florestais e a manutenção dos recursos naturais na superfície terrestre. Nesta dissertação a dinâmica da vegetação arbórea foi analisada em oito transectos perpendiculares às bordas de seis remanescentes florestais entre 1996 e 2012. As paisagens do entorno destes transectos foram caracterizadas a partir de imagens orbitais de 1995 e 2011 para a verificação das mudanças ocorridas no uso do solo e para a investigação da influência de seus parâmetros físicos e estruturais sobre as taxas de mortalidade e recrutamento de espécies. Os resultados indicaram que, ao longo do tempo, a influência das bordas se pronunciou em direção ao interior dos remanescentes florestais, enquanto que o contraste entre a borda e o interior se atenuou. A distância média da borda das espécies: pioneiras/iniciais, anemocóricas e de dossel foi significativamente maior em 2012 do que em 1996. A comunidade arbórea apresentou menor similaridade em sua composição ao longo do tempo a menores distâncias da borda. Apesar da dinâmica verificada no uso do solo, a proporcionalidade dos parâmetros físicos e estruturais das paisagens se manteve entre 1995 e 2011. De maneira geral, estes parâmetros apresentaram pouca influência sobre a dinâmica da comunidade arbórea. Apenas as taxas de mortalidade das espécies exóticas e as taxas de recrutamento das espécies pioneiras/inicias apresentam forte relação com o tamanho e o número dos fragmentos florestais nas paisagens. Estes resultados indicam que os efeitos de borda precisam ser atenuados e que o contexto das paisagens deve ser incorporado às estratégias conservacionistas para que estas sejam efetivas e o futuro dos remanescentes florestais não seja comprometido. / Edge effects and landscape structure alterations are among the negative consequences of forest fragmentation responsible for ecological process alterations on the earths surface. Originated from the disordered expansion of anthropogenic activities these alterations may endanger the remaining forest patches future and the maintenance of natural resources. This dissertation was pledged to analyze the vegetation dynamics at forest edges and its relations with landscape features. The vegetation dynamics was examined through eight perpendicular-to-edge transects within six forest patches and the alterations on the arboreal community distribution and composition were assessed between 1996 and 2012. The surrounding landscapes of the analyzed transects were characterized from 1995 and 2011 orbital images and its land use changes were evaluated. Landscape structure and physical parameters influence were analyzed over species recruitment and mortality. The results indicated that the distance of edge influence increased over time while its magnitude was attenuated. The average distance from the edge of pioneer/earlysuccessional species, wind-dispersed and canopy species in 2012 became significantly larger than in 1996. Over time lower similarities in species composition were found to be closer to the edges. Although the observed land use changes in the surrounding landscapes of the edge transects landscape structure and physical parameters proportionality was maintained between 1995 and 2011. Overall the arboreal community dynamics were poorly associated with landscape features. A strong relation of the variables was only found between the exotic and pioneer/early-successional species mortality and recruitment and the size and the amount of forest patches within the landscapes. These results indicate that to be effective conservation planning must tackled edge effects and incorporate the landscape context otherwise they will fail for the maintenance of the future of forest patches.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:30:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6800.pdf: 13603854 bytes, checksum: 5ce808ced7c806c5b03c24e94414d39b (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Universidade Federal de Minas Gerais / Edge influence, the set of modifications in the natural environment next to abrupt anthropogenic or natural edges, is a serious threat to biodiversity in fragmented environments. Common examples of edge influence include an increased abundance of exotic species and modifications in vegetation structure and/or composition. Edges of linear disturbances, such as roads, powerlines, and firebreaks, are especially important due to their ubiquity in the landscape. Although such disturbances are much narrower than other anthropogenic land uses, they have been shown to affect adjacent plant and animal communities. The combination of edge influence with the natural variation in vegetation may lead to complex and not easily discernible patterns. However, this natural variation is not usually taken into account in studies of edge influence. We employed a spatial pattern approach to study edge influence from narrow linear disturbances while accounting for variation in vegetation (both natural and from disturbance history), in Brazilian cerrado and in Canadian forest-tundra ecotone. Our main objectives were 1) to assess the overall heterogeneity in the cover of native and invasive graminoids, structural diversity and species composition, and 2) to verify whether the spatial pattern of different response variables is affected by anthropogenic edges. Secondary objectives include: 3) to explore different ways in which wavelet transforms and Monte Carlo simulations may be used to assess edge influence, 4) to compare different structural diversity indices, and 5) to assess whether the spatial patterns of different plant species are related to their functional traits. We sampled five 300-1350 m-long transects, three in Brazil and two in Canada. The transects contained one to five anthropogenic edges and one to ten natural edges and were divided into contiguous 1x1 m quadrats. In each quadrat, we estimated the cover of native and invasive graminoids (two transects in Brazil), sampled different structural elements to measure the structural diversity (two transects in Brazil and the two Canadian transects), and identified plant species and their dispersal syndromes and lifeforms (one transect in Brazil). We analyzed the data by means of continuous and discrete wavelet transforms and multiresolution analysis, and assessed significance by means of full randomizations, Markov chain simulations, and autoregressive models. Although some edge-related patterns were apparent for most variables, they were not observed at all edges, and similar patterns were also observed far from edges. The different structural diversity indices showed similar patterns, and species traits, namely lifeform and 8 dispersal syndrome, were not related to the spatial distribution of different species. The main conclusion of our study is that although narrow linear disturbance edges may alter vegetation structure and species composition, the conditions at edges are not necessarily different from what may be observed due to the natural variation in plant communities in non-forest vegetation. Keywords: autoregressive models, cerrado, dispersal syndromes, edge effects, invasive grasses, Markov chain, spatial pattern, structural diversity, tundra, wavelet transform. / A influência de borda, o conjunto de modificações no ambiente natural próximo a bordas abruptas antrópicas ou naturais, é uma séria ameaça à biodiversidade em ambientes fragmentados. Exemplos comuns de influência de borda incluem um aumento na abundância de espécies exóticas e mudanças na estrutura e/ou composição da vegetação. Bordas de distúrbios lineares, como rodovias, linhas de transmissão elétrica e aceiros, merecem atenção especial devido à sua ubiquidade na paisagem. Embora tais distúrbios sejam muito mais estreitos do que outros usos de solo antrópicos, eles podem afetar as comunidades vegetal e animal adjacentes. A combinação da influência de borda com a variação natural da vegetação pode resultar em padrões complexos que não são facilmente detectáveis. No entanto, a variação natural via de regra não é levada em conta em estudos de influência de borda. Nós usamos uma abordagem de padrão espacial para estudar a influência de borda de distúrbios lineares estreitos, levando também em conta a variação da vegetação (natural e/ou por histórico de distúrbios), no cerrado brasileiro e no ecótono floresta-tundra canadense. Nossos principais objetivos eram: 1) estudar a heterogeneidade na cobertura de graminóides nativos e exóticos, diversidade estrutural e composição de espécies e 2) verificar se o padrão espacial das diferentes variáveis-resposta é afetado por bordas antrópicas. Objetivos secundários incluem 3) explorar as diferentes formas em que a transformação de wavelets ( pequenas ondas ) e simulações Monte Carlo podem ser usadas para estudar a influência de borda, 4) comparar diferentes índices de diversidade estrutural e 5) verificar se os padrões espaciais de diferentes espécies vegetais estão relacionados aos seus traços de história de vida. Nós amostramos três transectos de 300 a 1350 m de comprimento, três no Brasil e dois no Canadá. Os transectos continham uma a cinco bordas antrópicas e uma a dez bordas naturais, e foram divididos em parcelas contíguas de 1x1 m. Dentro de cada parcela nós estimamos a cobertura de graminóides nativos e invasores (dois transectos no Brasil), amostramos diferentes elementos estruturais para medir a diversidade estrutural (dois transectos no Brasil e os dois transectos canadenses) i identificamos as espécies de plantas, assim como suas síndromes de dispersão e formas de vida (um transecto no Brasil). Nós analisamos o dado por meio de transformação de wavelets contínua e discreta e análise de multiresolução, e determinamos a influência de borda por meio de aleatorizações completas, simulações por cadeia de Markov e modelos autoregressivos. Embora alguns padrões relacionados a bordas 6 foram observados para a maior parte das variáveis, eles não foram observados em todas as bordas e padrões similares também foram observados longe de bordas. Os diferentes índices de diversidade estrutural mostraram padrões similares e os traços funcionais das espécies, especificamente forma de vida e síndrome de dispersão, não foram relacionados à distribuição espacial das diferentes espécies. A principal conclusão deste estudo é que, embora bordas de distúrbios lineares estreitos, especificamente aceiros, podem alterar a estrutura da vegetação e a composição de espécies, as condições na borda não são necessariamente diferente do que pode ser observado devido à variação natural nas comunidades vegetal em vegetação não-florestal.

Os efeitos de borda e a alteração da estrutura das paisagens constituem consequências negativas da fragmentação florestal responsáveis por transformações nos processos ecológicos. Decorrentes da expansão desordenada de atividades antrópicas, estas alterações podem comprometer o futuro dos remanescentes florestais e a manutenção dos recursos naturais na superfície terrestre. Nesta dissertação a dinâmica da vegetação arbórea foi analisada em oito transectos perpendiculares às bordas de seis remanescentes florestais entre 1996 e 2012. As paisagens do entorno destes transectos foram caracterizadas a partir de imagens orbitais de 1995 e 2011 para a verificação das mudanças ocorridas no uso do solo e para a investigação da influência de seus parâmetros físicos e estruturais sobre as taxas de mortalidade e recrutamento de espécies. Os resultados indicaram que, ao longo do tempo, a influência das bordas se pronunciou em direção ao interior dos remanescentes florestais, enquanto que o contraste entre a borda e o interior se atenuou. A distância média da borda das espécies: pioneiras/iniciais, anemocóricas e de dossel foi significativamente maior em 2012 do que em 1996. A comunidade arbórea apresentou menor similaridade em sua composição ao longo do tempo a menores distâncias da borda. Apesar da dinâmica verificada no uso do solo, a proporcionalidade dos parâmetros físicos e estruturais das paisagens se manteve entre 1995 e 2011. De maneira geral, estes parâmetros apresentaram pouca influência sobre a dinâmica da comunidade arbórea. Apenas as taxas de mortalidade das espécies exóticas e as taxas de recrutamento das espécies pioneiras/inicias apresentam forte relação com o tamanho e o número dos fragmentos florestais nas paisagens. Estes resultados indicam que os efeitos de borda precisam ser atenuados e que o contexto das paisagens deve ser incorporado às estratégias conservacionistas para que estas sejam efetivas e o futuro dos remanescentes florestais não seja comprometido. / Edge effects and landscape structure alterations are among the negative consequences of forest fragmentation responsible for ecological process alterations on the earths surface. Originated from the disordered expansion of anthropogenic activities these alterations may endanger the remaining forest patches future and the maintenance of natural resources. This dissertation was pledged to analyze the vegetation dynamics at forest edges and its relations with landscape features. The vegetation dynamics was examined through eight perpendicular-to-edge transects within six forest patches and the alterations on the arboreal community distribution and composition were assessed between 1996 and 2012. The surrounding landscapes of the analyzed transects were characterized from 1995 and 2011 orbital images and its land use changes were evaluated. Landscape structure and physical parameters influence were analyzed over species recruitment and mortality. The results indicated that the distance of edge influence increased over time while its magnitude was attenuated. The average distance from the edge of pioneer/earlysuccessional species, wind-dispersed and canopy species in 2012 became significantly larger than in 1996. Over time lower similarities in species composition were found to be closer to the edges. Although the observed land use changes in the surrounding landscapes of the edge transects landscape structure and physical parameters proportionality was maintained between 1995 and 2011. Overall the arboreal community dynamics were poorly associated with landscape features. A strong relation of the variables was only found between the exotic and pioneer/early-successional species mortality and recruitment and the size and the amount of forest patches within the landscapes. These results indicate that to be effective conservation planning must tackled edge effects and incorporate the landscape context otherwise they will fail for the maintenance of the future of forest patches.