A descrição de padrões, i.e., tendências ou arranjos não aleatórios em comunidades, possui um longo histórico em ecologia vegetal. Comumente, a estrutura e diversidade de comunidades vegetais são descritas a partir de sua distribuição em classes de tamanho (SDD), distribuição espacial (SSD) e de sua distribuição abundância de espécies (SAD). Isto porque há um pressuposto de que padrões existentes nestes descritores de comunidades são assinaturas de processos fundamentais na sua organização e funcionamento. Assim, a descrição de padrões é com frequência o primeiro passo para gerar ou testar hipóteses sobre esses processos que regulam a estrutura e diversidade de comunidades. Organizada em diferentes capítulos, esta tese teve como objetivo central descrever e comparar padrões em diferentes comunidades arbóreas Neotropicais, buscando gerar hipóteses sobre os processos que regulam sua organização e funcionamento. Para tanto, buscou-se utilizar uma abordagem de inferência baseada no ajuste e seleção de modelos, que foi realizado usando máxima verossimilhança estatística. Em todos os capítulos, os dados sobre as comunidades arbóreas são oriundos de diferentes parcelas florestais permanentes, quatro delas com 10,24 hectares, localizadas no Brasil, e outra com 50 hectares, localizada no Panamá. Além da introdução geral sobre os conceitos e técnicas utilizadas nesta tese (Capítulo 1), foram avaliados e comparados: (i) os descritores básicos da estrutura florestal (i.e. abundância, área basal e riqueza de espécies por sub-parcela - Capítulo 2); (ii) a SAD e como ela varia com o aumento da escala e tamanho amostral (Capítulo 3); (iii) a SDD e como ela se relaciona com a demografia das espécies (Capítulo 4.1 e 4.2); e, por fim, (iv) a SSD e como ela varia entre parcelas permanentes (Capítulo 5). Apenas a relação entre a SDD e a demografia das espécies foi realizada como os dados da parcela panamenha, enquanto que os demais capítulos se referem as quatro parcelas brasileiras. Cada capítulo utilizou métodos e modelos probabilísticos distintos para a descrição e comparação das variáveis de interesse. O Capítulo 2 mostrou que os descritores básicos florestais foram muito diferentes entre as quatro parcelas brasileiras. Estes descritores foram raramente normais nas escalas estudadas e as diferenças entre as parcelas foram mais evidentes quando a variância é considerada, fornecendo informações extras sobre os processos geradores de variabilidade dentro das parcelas. O Capítulo 3 mostrou que a mudança no formato da SAD com o aumento da escala é predominantemente um efeito indireto do tamanho da amostra. Assim, pode haver um efeito de escala, mas esse efeito é pequeno e parece depender do grau de similaridade de espécies entre amostras. No capítulo 4.1, foi necessária uma combinação de quatro diferentes distribuições de probabilidade para descrever a ampla gama de SDD, visto que os modelos candidatos raramente foram adequados para a maioria das espécies. No capítulo 4.2, verificou-se que o crescimento e recrutamento determinam o formato da SDD, o que não aconteceu com a mortalidade. No geral, curvas decrescentes de crescimento por diâmetro (i.e., maior crescimento juvenil) levaram à SDD menos íngremes, enquanto que taxas altas de recrutamento estiveram relacionadas à SDD mais íngremes. Apesar das previsões da teoria de equilíbrio demográfico terem apresentado relações positivas com as SDD observadas, houve muita variação, fazendo com que as previsões fossem pouco confiáveis. No capítulo 5, confirmou-se que a grande maioria das espécies se distribui de maneira agregada no espaço. No entanto, as parcelas apresentaram diferentes padrões de intensidade e tamanho de agregação. As diferenças nestes padrões entre parcelas foram, em geral, similares àquelas encontradas ao comparar populações de uma mesma espécie entre parcelas. Assim, as parcelas permanentes brasileiras apresentaram padrões bem distintos umas das outras, tanto em termos de estrutura quanto de diversidade de espécies, padrões estes que provavelmente foram determinados pelas condições ambientais as quais estas comunidades estão sujeitas. Diferentes padrões também foram encontrados em relação à distribuição espacial das espécies (i.e. frequência, intensidade e tamanho de agregação). Contudo, os resultados sugeriram que estes padrões estiveram mais ligados a heterogeneidade ambiental interna das parcelas do que com condições de clima e solo as quais estas comunidades estão sujeitas. Por outro lado, os padrões de distribuição espacial das espécies parecem ter influenciado os padrões de diversidade das comunidades. Não houve, entretanto, um número suficiente de parcelas sob as diferentes combinações de condições ambientais para testar estas sugestões ou para fazer generalizações para cada formação florestal, sendo necessário o confronto destas sugestões com outros estudos realizados em condições similares. Já na parcela panamenha, foi confirmada a expectativa teórica de que distribuições diamétricas refletem a demografia das espécies, em especial os padrões de crescimento e recrutamento. Mas, houve grande variação entre as espécies, dificultando a inferência precisa de padrões demográficos passados das espécies a partir de SDD atuais. Por fim, a abordagem analítica baseada no ajuste e seleção de modelos por máxima foi uma alternativa viável, flexível e apropriada, principalmente em relação à comparação simultânea de diferentes modelos e à busca de processos por trás dos padrões encontrados. Apesar de algumas limitações de cunho operacional, a abordagem baseado em modelos é uma alternativa adequada para a descrição de comunidades arbóreas, podendo ser utilizada de maneira consorciada com outras abordagens (e.g. testes de hipóteses) para descrever padrões e para gerar ou testar hipóteses sobre esses processos fundamentais que regulam a estrutura e diversidade destas comunidades. / Pattern description - search for trends or non-random arrangements in communities, has a long history in plant ecology. Commonly, the structure and diversity of plant communities are described based on their size class distribution (SDD), spatial distribution (SSD) and species abundance distribution (SAD). This is because there is an underlying assumption that the existing patterns in these community descriptors are signatures of key processes determining their organization and functioning. Thus, pattern description is often the first step to generate or test hypotheses about the processes governing community structure and diversity. Organized in different chapters, the main goal of this thesis was to describe and compare different patterns in Neotropical tree communities and to generate hypotheses about the processes that regulate them. To do so we used an approach based on model selection, which was performed using maximum likelihood. In all chapters the data on tree communities came from different permanent forest plots, four of them of 10.24 ha located in Brazil and another 50 ha located in Panama. In addition to the general introduction of key concepts and techniques used along the thesis (Chapter 1), it was evaluated and compared: (i) the basic forest descriptors (i.e. abundance, basal area and species richness per subplot - Chapter 2), (ii) the SAD and how it varies with increasing sample size and scale (Chapter 3), (iii) the SDD and how it relates to species demography (Chapter 4.1 and 4.2) and, finally, (iv) the SSD and how it varies between plots (Chapter 5). Only the relationship between SDD and species demography o was performed using the Panama plot data, while the remaining chapters relate the four Brazilian plots. Each chapter used different methods and probabilistic models for the description and comparison of the variables of interest. In Chapter 2, it was found that basic forest descriptors were very different between the four Brazilian plots. These descriptors were rarely normal at the studied scales and differences between plots were more evident when variance is accounted for, which seems to provide information on processes generating within-plot variability. Chapter 3 showed that the change in shape of the SAD due to increasing scale is predominantly an indirect effect of sample size. Thus, there may be an effect of the scale, but this effect is minor and seems to depend on the degree of species turnover between samples. In Chapter 4.1, it was shown that the combination of four different probability distributions was necessary to describe the wide range of SDD, since models were rarely appropriate for the majority of tree species. In Chapter 4.2, it was found that growth and recruitment, but not mortality, shape the SDD. On average, decreasing growth-diameter curves (i.e. higher juvenile growth) were associated to less steep SDD, whereas high recruitment rates were related to steeper SDD. Although the predictions of demographic equilibrium theory were positively related to the observed SDD, there was lots of variation, making predictions quite unreliable. In Chapter 5, it was confirmed that the great majority of species had clumped spatial distributions. However, the results of intensity and size of clumps showed that the patterns of aggregation were different among plots. Species shared between two plots generally showed patterns of spatial distribution that matched the patterns found for individual plots. Therefore, the Brazilian plots presented very distinct patterns, both in terms of structure and species diversity, which were most probably determined by the environmental conditions to which these communities are subjected. Different patterns among plots were also found in respect to species spatial distribution (i.e. frequency, intensity and size of aggregation). However, the results suggested that these patterns were more connected to within-plot environmental heterogeneity than with climate and soil conditions. On the other hand, the spatial distribution of the species seems to have influenced the patterns of diversity of communities. There was not, however, a sufficient number of plots under different combinations of environmental conditions to test these suggestions or to make generalizations for each forest type, being necessary to confront these suggestions with other studies conducted in similar conditions. In the Panamanian plot, it was confirmed the theoretical expectation that diameter distributions reflect the demographics of the species, in particular the patterns of growth and recruitment. But there was great variability among species, making it difficult to infer past demographic patterns from current SDD. Finally, the analytical approach based on model fit and selection by maximum likelihood was a viable, flexible and appropriate approach, particularly in respect to the simultaneous comparison of different models and to the search for mechanisms underlying patterns. Despite some more operational limitations, the model-based approach is an appropriate alternative for the description of tree communities and can be jointly used with other approaches (e.g. hypothesis testing) for pattern description and to generate and test hypotheses on the fundamental processes that determine the structure and diversity of these communities.

Em contraposição ao avanço do desmatamento da floresta amazônica em São Félix do Xingu - PA, principalmente pela atividade pecuária, diversas inciativas vêm estimulando a recuperação de áreas degradadas (RAD) por meio da implantação de sistemas agroflorestais com cacau (Theobroma cacao L.) (SAF-cacau). A fim de estudar o potencial SAF-cacau como ferramenta de RAD nesta região, conduzi a pesquisa em quatro hipóteses principais: (1) recupera parcialmente a estrutura florestal; (2) recupera parcialmente a riqueza/diversidade de plantas; (3) recupera a fertilidade do solo; (4) recupera a riqueza/diversidade de grupos de macroinvertebrados do solo. Para tanto, agrupei os SAF\'s em três categorias de sombreamento: sombra inicial (SI), sombra secundária (SS) e sombra abandonada (A), analisando-as comparativamente com Floresta e Pasto. Em paralelo, realizei entrevista socioeconômica e ambiental, pautada na percepção dos produtores rurais, a fim de contextualizar as ações humanas com os usos do solo em estudo. Os principais resultados mostram que os solos são semelhantes em termos de textura e fertilidade, independentemente da situação de uso. Os SAF-cacau são potenciais ferramentas de RAD em termos de estrutura florestal e diversidade florística, necessitando maiores estudos com relação à composição de plantas. A rentabilidade do SAF-cacau mostrou-se expressivamente superior à pecuária, por unidade de área, ocupando menor espaço territorial na propriedade, além de outros benefícios socioambientais, com destaque para provisão de serviços ambientais. / In contrast to the advance of the Amazon rainforest deforestation, mainly by cattle activity, in Sao Felix do Xingu - PA municipality, several initiatives have been stimulating the reclamation of degraded lands (RDL) through the implementation of agroforestry systems with cacao (Theobroma cacao L.) (cacao-AFS). Aiming to study the cacao-AFS as a potential tool to reclaim degraded lands in this region, I based the research in four main hypothesis: (1) it partially reclaims the forestry structure; (2) it partially reclaims the richness/diversity of plants; (3) it reclaims the soil fertility; (4) it reclaims the richness/diversity of soil macroinvertebrates. Thus, I grouped the AFS in three categories: initial shade (IS); secondary shade (SS); abandoned shade (A), comparing them with Forest and Pasture land uses. In parallel, I performed a socioeconomic and environmental interview, based on farmers perception, in order to contextualize the human actions in the studied the land uses. The main results showed similarity in soil\'s texture and fertility, regardless of use situation. The cocoa- AFS are potential tools of RAD in terms of forest structure and floristic diversity, requiring further studies regarding the composition of plants. The profitability of the cacao-AFS was found to be significantly higher than the cattle, per unit area, occupying less territorial space on the property, plus other social and environmental benefits, especially the provision of many environmental services.

Despite their important ecosystem benefits for terrestrial and marine flora and fauna and the human livelihood mangrove forests suffer a high loss rate mainly due to human activity. Aside from these impacts, natural forest disturbances exist more commonly in mangroves compared to other forests as a direct consequence of their exposed coastal location. Within this thesis I investigate the influence of natural disturbance regimes on the mangrove forest dynamics focusing in particular on the ecological role of disturbances, disturbance patterns, forest structure, succession behavior and long-term vulnerability evaluation. The study areas were set in the Indian River Lagoon in Florida (USA) and in Can Gio an UNESCO Biosphere Reserve (Vietnam). In addition, theoretical simulation studies were carried out to complement the field studies. Thereby, in our study at the Indian River Lagoon site I investigated the ecosystem response to hurricane events of an artificially impounded mangrove forest. In Can Gio, the suitability of lightning strike – caused gaps for setting a homogenous plantation into more natural-like state according to species composition and forest structure was analyzed. Finally, a theoretical simulation study was carried out to compare lightning strike and hurricane events regarding their homogenization and heterogenization effects on the spatio-temporal forest structure. The findings of the field study in the Indian River Lagoon indicate that hurricane events had a severe impact on forest areas in higher successional stages by creating open patches, whereas areas in lower successional stages remained largely undisturbed. Furthermore, the impoundment determines the species selection of the post-hurricane succession by favoring flooding-tolerant species. However, regeneration was found to be impaired by the artificially high inundation regime at some disturbed patches. The lightning-strike disturbances enhance the species composition in the monospecific plantation in Can Gio by providing a sufficient light regime for entering seeds to establish. In addition, lightning-strike gaps increased the plantation structure complexity. Regenerating lightning-strike gaps remained as “green islands” within windthrow sites in the plantation due to their low stature and provided seeds for surrounding disturbed areas thereby accelerating their recolonization. The results of the simulation analysis of a theoretical landscape showed that in the simulated highly complex natural mature forests all disturbance regimes entail homogenization on the spatial structure compared to an undisturbed scenario. The hurricane scenario showed an increased temporal variation of the forest dynamics whereas lightning-strike gaps were not able to contribute to additional heterogeneity in the simulated area, despite of having the same tree mortality probability during disturbances. The interaction of the large-scale impoundment in the Indian River Lagoon and medium-sized hurricane events is characterized by partially impeded post-hurricane regeneration. In contrast, small-scaled lightning strikes influenced the regeneration of medium-sized windthrow sites positively within the homogenous plantation. We therefore suggest management activities aimed at creating small clearances within the plantation in Can Gio to simulate additional small-scale disturbances in order to facilitate heterogenization of the plantation structure. Natural disturbances are found to be able to enhance the species diversity and the interactions of ecological processes. In particular, where sustainable management strategies focused on maintaining ecosystem services especially in restored sites or plantations act as a supportive part. Natural disturbances are an integral component of mangrove forests and fulfill specific ecological functions. However, our findings indicate that these disturbances, on top of altered environmental conditions associated with climate change and direct human impacts, might jeopardize the natural development in unnatural forest structures as on plantations or restored sites. This thesis gives an extensive overview about the effect of various disturbances in different mangrove forest systems, including semi-natural forests and strongly modified plantations, on species composition and forest structure. Field studies and simulation analyses contribute in equal parts to the results of the thesis.

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The issue of rapid change in environmental conditions under which ecosystem processes and human interventions will take place in the future is relatively new to forestry, whereas the provision of ecosystem services, e.g., timber or fresh water, is at the very heart of the original concept of forest management. Forest managers have developed ambitious deterministic approaches to provide the services demanded, and thus the use of deterministic approaches for adapting to climate change seem to be a logical continuation. However, as uncertainty about the intensity of climate change is high, forest managers need to answer this uncertainty conceptually. One may envision an indeterministic approach to cope with this uncertainty; but how the services will be provided in such a concept remains unclear. This article aims to explore the fundamental aspects of both deterministic and indeterministic approaches used in forestry to cope with climate change, and thereby point out trade-offs in service provisioning and adaptability. A forest owner needs to be able to anticipate these trade-offs in order to make decisions towards sustainable forest management under climate change.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMS.pdf: 839878 bytes, checksum: ce4d6d134c72bc480b1a92a8bc4ca303 (MD5) Previous issue date: 2003-05-27 / The present study evolved floristic composition, structure and regeneration dynamic aspects of a restinga forest (pluvial sand coastal plain forest), at Ilha do Cardoso, in Cananéia region, São Paulo State, Brazil. Three portions of restinga forest with same physiognomic aspects were selected: restinga of Trilha para o Morro das Almas (MA), Trilha Interpretativa (TI) and Estrada para a Captação (EC). Five strata of forest were sampled in each portion: Tree, Tree/shrub, Shrub/herbaceous, Herbaceous and Lianas. Each portion was analyzed individually and subsequently were analyzed the entirely of the three portions and compared them. At Trilha para o Morro das Almas were sampled 73 species, at Trilha Interpretativa 72, at Estrada para a Captação 56 and totally sample 112, inside them 31 species were common to three portions and 46 restrict only one of them. The three portions of a forest were floristically similar, MA and TI had the highest Sørensen similarity (70,3%), and TI and EC had the less Sørensen similarity (55,5%). When compared the strata in general Tree/shrub and Shrub/herbaceous strata had the highest value of Sørensen similarity, and the Tree and Herbaceous strata had the less similarity. The highest diversity and equability were found in herbaceous strata, and the less in tree strata. The plants of the three portions had majority of species with geographic distribution in south and southeast Brazil regions, and the majority individuals and species were secondary-climax category. The portions of studied forest were in advanced stage of regeneration, and shade-tolerant species were favored. The differences between three portions of a forest were due to natural process common in tropical forests, where the substitution of one tree produce a mosaic of distinct regenerative phases at community that differ in structure and floristic composition. Differences in environment physical conditions, especially edaphic factors, and distinct anthropic interventions are responsible too. / O presente estudo envolveu a composição florística, a estrutura e aspectos da dinâmica de regeneração de floresta de restinga (floresta pluvial da planície arenosa costeira), na Ilha do Cardoso, Cananéia, Estado de São Paulo, Brasil. Foram selecionadas três áreas com fisionomias semelhantes: restinga da Trilha para o Morro das Almas (MA), da Trilha Interpretativa (TI) e da Estrada para a Captação (EC). Foram amostrados cinco estratos em cada uma delas: Arbóreo, Arbóreo/arbustivo, Arbustivo/herbáceo, Herbáceo e Lianas. Cada uma das áreas foi analisada individualmente e posteriormente fez-se uma análise conjunta comparando as três áreas entre si. Na Trilha para o Morro das Almas foram amostradas 73 espécies, na Trilha Interpretativa 72, na Estrada para a Captação 56 e na amostragem total 112, sendo que 31 espécies foram comuns às três áreas e 46 foram restritas à apenas uma delas. Pelo índice de Sørensen as três áreas são floristicamente similares entre si, sendo que MA e TI apresentaram a maior similaridade (70,3%) e TI e EC a menor similaridade (55,5%). Na comparação entre os estratos de modo geral entre o arbóreo/arbustivo e o Arbustivo/herbáceo houve maior similaridade de Sørensen e, entre o Arbóreo e o Herbáceo menor. A maior diversidade florística e equabilidade couberam ao estrato herbáceo e as menores ao arbóreo. Nas três áreas amostradas a maioria das espécies apresentaram padrão de distribuição geográfica sul e sudeste do Brasil e, a maioria dos indivíduos e das espécies pertencia à categoria sucessional secundária tardia. Os trechos de floresta estudados estão em estágio avançado da sucessão e as espécies tolerantes à sombra estão sendo favorecidas. As diferenças entre os três trechos da floresta amostrados devem-se a processos naturais comuns nas florestas tropicais, onde a substituição de árvores produz um mosaico de distintas fases regenerativas na comunidade que diferem na estrutura e na composição floristica. As diferenças nas condições físicas ambientais, especialmente fatores edáficos e, as intervenções antrópicas diferenciadas também são responsáveis por essas diferenças.

A descrição de padrões, i.e., tendências ou arranjos não aleatórios em comunidades, possui um longo histórico em ecologia vegetal. Comumente, a estrutura e diversidade de comunidades vegetais são descritas a partir de sua distribuição em classes de tamanho (SDD), distribuição espacial (SSD) e de sua distribuição abundância de espécies (SAD). Isto porque há um pressuposto de que padrões existentes nestes descritores de comunidades são assinaturas de processos fundamentais na sua organização e funcionamento. Assim, a descrição de padrões é com frequência o primeiro passo para gerar ou testar hipóteses sobre esses processos que regulam a estrutura e diversidade de comunidades. Organizada em diferentes capítulos, esta tese teve como objetivo central descrever e comparar padrões em diferentes comunidades arbóreas Neotropicais, buscando gerar hipóteses sobre os processos que regulam sua organização e funcionamento. Para tanto, buscou-se utilizar uma abordagem de inferência baseada no ajuste e seleção de modelos, que foi realizado usando máxima verossimilhança estatística. Em todos os capítulos, os dados sobre as comunidades arbóreas são oriundos de diferentes parcelas florestais permanentes, quatro delas com 10,24 hectares, localizadas no Brasil, e outra com 50 hectares, localizada no Panamá. Além da introdução geral sobre os conceitos e técnicas utilizadas nesta tese (Capítulo 1), foram avaliados e comparados: (i) os descritores básicos da estrutura florestal (i.e. abundância, área basal e riqueza de espécies por sub-parcela - Capítulo 2); (ii) a SAD e como ela varia com o aumento da escala e tamanho amostral (Capítulo 3); (iii) a SDD e como ela se relaciona com a demografia das espécies (Capítulo 4.1 e 4.2); e, por fim, (iv) a SSD e como ela varia entre parcelas permanentes (Capítulo 5). Apenas a relação entre a SDD e a demografia das espécies foi realizada como os dados da parcela panamenha, enquanto que os demais capítulos se referem as quatro parcelas brasileiras. Cada capítulo utilizou métodos e modelos probabilísticos distintos para a descrição e comparação das variáveis de interesse. O Capítulo 2 mostrou que os descritores básicos florestais foram muito diferentes entre as quatro parcelas brasileiras. Estes descritores foram raramente normais nas escalas estudadas e as diferenças entre as parcelas foram mais evidentes quando a variância é considerada, fornecendo informações extras sobre os processos geradores de variabilidade dentro das parcelas. O Capítulo 3 mostrou que a mudança no formato da SAD com o aumento da escala é predominantemente um efeito indireto do tamanho da amostra. Assim, pode haver um efeito de escala, mas esse efeito é pequeno e parece depender do grau de similaridade de espécies entre amostras. No capítulo 4.1, foi necessária uma combinação de quatro diferentes distribuições de probabilidade para descrever a ampla gama de SDD, visto que os modelos candidatos raramente foram adequados para a maioria das espécies. No capítulo 4.2, verificou-se que o crescimento e recrutamento determinam o formato da SDD, o que não aconteceu com a mortalidade. No geral, curvas decrescentes de crescimento por diâmetro (i.e., maior crescimento juvenil) levaram à SDD menos íngremes, enquanto que taxas altas de recrutamento estiveram relacionadas à SDD mais íngremes. Apesar das previsões da teoria de equilíbrio demográfico terem apresentado relações positivas com as SDD observadas, houve muita variação, fazendo com que as previsões fossem pouco confiáveis. No capítulo 5, confirmou-se que a grande maioria das espécies se distribui de maneira agregada no espaço. No entanto, as parcelas apresentaram diferentes padrões de intensidade e tamanho de agregação. As diferenças nestes padrões entre parcelas foram, em geral, similares àquelas encontradas ao comparar populações de uma mesma espécie entre parcelas. Assim, as parcelas permanentes brasileiras apresentaram padrões bem distintos umas das outras, tanto em termos de estrutura quanto de diversidade de espécies, padrões estes que provavelmente foram determinados pelas condições ambientais as quais estas comunidades estão sujeitas. Diferentes padrões também foram encontrados em relação à distribuição espacial das espécies (i.e. frequência, intensidade e tamanho de agregação). Contudo, os resultados sugeriram que estes padrões estiveram mais ligados a heterogeneidade ambiental interna das parcelas do que com condições de clima e solo as quais estas comunidades estão sujeitas. Por outro lado, os padrões de distribuição espacial das espécies parecem ter influenciado os padrões de diversidade das comunidades. Não houve, entretanto, um número suficiente de parcelas sob as diferentes combinações de condições ambientais para testar estas sugestões ou para fazer generalizações para cada formação florestal, sendo necessário o confronto destas sugestões com outros estudos realizados em condições similares. Já na parcela panamenha, foi confirmada a expectativa teórica de que distribuições diamétricas refletem a demografia das espécies, em especial os padrões de crescimento e recrutamento. Mas, houve grande variação entre as espécies, dificultando a inferência precisa de padrões demográficos passados das espécies a partir de SDD atuais. Por fim, a abordagem analítica baseada no ajuste e seleção de modelos por máxima foi uma alternativa viável, flexível e apropriada, principalmente em relação à comparação simultânea de diferentes modelos e à busca de processos por trás dos padrões encontrados. Apesar de algumas limitações de cunho operacional, a abordagem baseado em modelos é uma alternativa adequada para a descrição de comunidades arbóreas, podendo ser utilizada de maneira consorciada com outras abordagens (e.g. testes de hipóteses) para descrever padrões e para gerar ou testar hipóteses sobre esses processos fundamentais que regulam a estrutura e diversidade destas comunidades. / Pattern description - search for trends or non-random arrangements in communities, has a long history in plant ecology. Commonly, the structure and diversity of plant communities are described based on their size class distribution (SDD), spatial distribution (SSD) and species abundance distribution (SAD). This is because there is an underlying assumption that the existing patterns in these community descriptors are signatures of key processes determining their organization and functioning. Thus, pattern description is often the first step to generate or test hypotheses about the processes governing community structure and diversity. Organized in different chapters, the main goal of this thesis was to describe and compare different patterns in Neotropical tree communities and to generate hypotheses about the processes that regulate them. To do so we used an approach based on model selection, which was performed using maximum likelihood. In all chapters the data on tree communities came from different permanent forest plots, four of them of 10.24 ha located in Brazil and another 50 ha located in Panama. In addition to the general introduction of key concepts and techniques used along the thesis (Chapter 1), it was evaluated and compared: (i) the basic forest descriptors (i.e. abundance, basal area and species richness per subplot - Chapter 2), (ii) the SAD and how it varies with increasing sample size and scale (Chapter 3), (iii) the SDD and how it relates to species demography (Chapter 4.1 and 4.2) and, finally, (iv) the SSD and how it varies between plots (Chapter 5). Only the relationship between SDD and species demography o was performed using the Panama plot data, while the remaining chapters relate the four Brazilian plots. Each chapter used different methods and probabilistic models for the description and comparison of the variables of interest. In Chapter 2, it was found that basic forest descriptors were very different between the four Brazilian plots. These descriptors were rarely normal at the studied scales and differences between plots were more evident when variance is accounted for, which seems to provide information on processes generating within-plot variability. Chapter 3 showed that the change in shape of the SAD due to increasing scale is predominantly an indirect effect of sample size. Thus, there may be an effect of the scale, but this effect is minor and seems to depend on the degree of species turnover between samples. In Chapter 4.1, it was shown that the combination of four different probability distributions was necessary to describe the wide range of SDD, since models were rarely appropriate for the majority of tree species. In Chapter 4.2, it was found that growth and recruitment, but not mortality, shape the SDD. On average, decreasing growth-diameter curves (i.e. higher juvenile growth) were associated to less steep SDD, whereas high recruitment rates were related to steeper SDD. Although the predictions of demographic equilibrium theory were positively related to the observed SDD, there was lots of variation, making predictions quite unreliable. In Chapter 5, it was confirmed that the great majority of species had clumped spatial distributions. However, the results of intensity and size of clumps showed that the patterns of aggregation were different among plots. Species shared between two plots generally showed patterns of spatial distribution that matched the patterns found for individual plots. Therefore, the Brazilian plots presented very distinct patterns, both in terms of structure and species diversity, which were most probably determined by the environmental conditions to which these communities are subjected. Different patterns among plots were also found in respect to species spatial distribution (i.e. frequency, intensity and size of aggregation). However, the results suggested that these patterns were more connected to within-plot environmental heterogeneity than with climate and soil conditions. On the other hand, the spatial distribution of the species seems to have influenced the patterns of diversity of communities. There was not, however, a sufficient number of plots under different combinations of environmental conditions to test these suggestions or to make generalizations for each forest type, being necessary to confront these suggestions with other studies conducted in similar conditions. In the Panamanian plot, it was confirmed the theoretical expectation that diameter distributions reflect the demographics of the species, in particular the patterns of growth and recruitment. But there was great variability among species, making it difficult to infer past demographic patterns from current SDD. Finally, the analytical approach based on model fit and selection by maximum likelihood was a viable, flexible and appropriate approach, particularly in respect to the simultaneous comparison of different models and to the search for mechanisms underlying patterns. Despite some more operational limitations, the model-based approach is an appropriate alternative for the description of tree communities and can be jointly used with other approaches (e.g. hypothesis testing) for pattern description and to generate and test hypotheses on the fundamental processes that determine the structure and diversity of these communities.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The subtropical seasonal forests located on the brazilian southern plateau (BSP) of Rio Grande do Sul state (Brazil) represent an extension from the Misiones province flora, considered one of the most threatened ecosystems in the world. BSP represents the largest forested areas of the state, most of the them are secondary forests, originate from agricultural abandonment areas. In many cases, these forests are source of shelter and food for livestock. Given the importance of the BSP for biodiversity conservation and maintenance of ecological services is little knowledge how these forests regenerate after impact. This doctoral thesis has been organized into four chapters, the first three describe and evaluate the secondary succession in soils and forest vegetation after abandonment of agricultural activities. Thirtyfive preserved forests at different ages (5 to> 100 years) with low environmental variability were sampled with standardized inventory methodology, for analyzes of the soil and vegetation attributes. Specifically, the questions that this study sought to answer were: 1) how soil attributes to change (11 chemical and three texture) along a forest succession and what are the best indicators of change, 2) are linear floristic changes along succession and what floristic similaririty between ages, chronosequence, successional stages and stages of development of the forests? 3) how structural attributes of vegetation (13 attributes) changes along a chronosequences and what the best indicators of changes? The results showed that the chemical properties of soil and structure vegetation changed significantly and not predictable for a single attribute along chronosequences forests. Only discriminant analysis aproach was possible to characterize the ages of forest using a group of soil and structure attibutes. The floristic composition also varied substantially where few species can be listed as indicators of a particular stage of development. Floristic patterns emerged only when pooled data from aged forests. The last chapter evaluated the effect of cattle grazing in 35 forests with different ages (5 to > 100 years) and three levels of impact (forests with current impact of cattle grazing, forests excluding grazing 10 years ago and forests without cattle grazing). Standardized inventory in all these forests were employed for analysis of soil and vegetation in order to compare and evaluate the effect and magnitude of the impact of grazing on forest ecosystem. The most adverse effect ocurred in the soil (chemical and texture) than in the floristic composition and structure of vegetation. However, the impact of grazing on soil and tree component can be recovered in 10 years after sttoped the activity in forest ecosystems. These results are important to impact monitoring, restoration and sustainable management projects in the largest and most endangered ecological corridor in Rio Grande do Sul State. / As florestas estacionais subtropicais localizadas na região do rebordo do Planalto Meridional (RPM) do Rio Grande do Sul representam uma extensão da flora proveniente da província Misiones (Argentina), essa considerada um dos ecossistemas mais ameaçados do mundo. O RPM comporta a maior área de floresta do estado que são principalmente compostas de florestas secundárias originadas do abandono de áreas agrícolas. Em muitos casos, as florestas remanescentes são utilizadas como fonte de abrigo e alimento para o gado. Dado a importância das florestas do RPM para conservação da biodiversidade e para a manutenção dos serviços ecológicos, sabe-se pouco como essas florestas se regeneram após o impacto. A presente tese de doutorado foi organizada em quatro capítulos, os três primeiros buscaram descrever e avaliar a sucessão secundária nos solos e da vegetação florestal após o abandono da atividade agrícola. Foram amostradas 35 florestas preservadas em diferentes idades (5 a >100 anos) com inventários padronizados, e em menor variação ambiental possível, para análises das características do solo e da vegetação. De forma específica, o estudo procurou responder as seguintes questões: 1) como muda os atributos do solo (11 variáveis químicas e três físicas) ao longo da sucessão florestal e quais os melhores indicadores dessa mudança; 2) existe mudanças florísticas lineares ao longo da sucessão e qual a similaridade florística entre idades, cronossequências, estágios sucessionais e nas fases de desenvolvimento da floresta? 3) como mudam os atributos estruturais da vegetação (13 atributos) ao longo da sucessão e quais os melhores indicadores dessas mudanças? Os resultados demonstraram que os atributos químicos do solo e da estrutura da vegetação mudaram significativamente nas florestas ao longo da sucessão, no entanto, as mudanças não foram lineares ou previsíveis, o que não permitiu elencar um único atributo eficiente para caracterizar uma idade de floresta. Somente com o emprego da análise discriminante foi possível identificar grupos de variáveis do solo e da estrutura da vegetação eficientes para classificar as diferentes idades de florestas. A composição florística também variou e algumas poucas espécies podem ser elencadas como indicadoras de uma determinada fase de desenvolvimento. O último capítulo avaliou o efeito do pastoreio bovino em 35 florestas com diferentes idades (5 a > 100 anos) e níveis de impacto (florestas com impacto atual de pastoreio bovino, florestas com exclusão do pastoreio a 10 anos e florestas sem pastoreio bovino). Foram realizados inventários padronizados em todas essas florestas para análise do solo e vegetação com objetivo de comparar e avaliar o efeito e a magnitude do impacto do pastoreio no ecossistema florestal. O impacto do pastoreio foi mais significativo no solo (química e textura) do que na composição florística e estrutura da vegetação, sendo possível elencar maior número de indicadores ambientais no primeiro caso. No entanto, o impacto do pastoreio no solo e no componente arbóreo pode ser recuperado em 10 anos de abandono da atividade nos ecossistemas florestais. Os resultados apresentados fornecem importantes subsídios para programas de monitoramento de impacto, recuperação de ecossistemas degradados e manejo de espécies silvícolas nesse que é o maior e mais ameaçado corredor ecológico do estado do Rio Grande do Sul.

The issue of rapid change in environmental conditions under which ecosystem processes and human interventions will take place in the future is relatively new to forestry, whereas the provision of ecosystem services, e.g., timber or fresh water, is at the very heart of the original concept of forest management. Forest managers have developed ambitious deterministic approaches to provide the services demanded, and thus the use of deterministic approaches for adapting to climate change seem to be a logical continuation. However, as uncertainty about the intensity of climate change is high, forest managers need to answer this uncertainty conceptually. One may envision an indeterministic approach to cope with this uncertainty; but how the services will be provided in such a concept remains unclear. This article aims to explore the fundamental aspects of both deterministic and indeterministic approaches used in forestry to cope with climate change, and thereby point out trade-offs in service provisioning and adaptability. A forest owner needs to be able to anticipate these trade-offs in order to make decisions towards sustainable forest management under climate change.

Despite their important ecosystem benefits for terrestrial and marine flora and fauna and the human livelihood mangrove forests suffer a high loss rate mainly due to human activity. Aside from these impacts, natural forest disturbances exist more commonly in mangroves compared to other forests as a direct consequence of their exposed coastal location. Within this thesis I investigate the influence of natural disturbance regimes on the mangrove forest dynamics focusing in particular on the ecological role of disturbances, disturbance patterns, forest structure, succession behavior and long-term vulnerability evaluation. The study areas were set in the Indian River Lagoon in Florida (USA) and in Can Gio an UNESCO Biosphere Reserve (Vietnam). In addition, theoretical simulation studies were carried out to complement the field studies. Thereby, in our study at the Indian River Lagoon site I investigated the ecosystem response to hurricane events of an artificially impounded mangrove forest. In Can Gio, the suitability of lightning strike – caused gaps for setting a homogenous plantation into more natural-like state according to species composition and forest structure was analyzed. Finally, a theoretical simulation study was carried out to compare lightning strike and hurricane events regarding their homogenization and heterogenization effects on the spatio-temporal forest structure. The findings of the field study in the Indian River Lagoon indicate that hurricane events had a severe impact on forest areas in higher successional stages by creating open patches, whereas areas in lower successional stages remained largely undisturbed. Furthermore, the impoundment determines the species selection of the post-hurricane succession by favoring flooding-tolerant species. However, regeneration was found to be impaired by the artificially high inundation regime at some disturbed patches. The lightning-strike disturbances enhance the species composition in the monospecific plantation in Can Gio by providing a sufficient light regime for entering seeds to establish. In addition, lightning-strike gaps increased the plantation structure complexity. Regenerating lightning-strike gaps remained as “green islands” within windthrow sites in the plantation due to their low stature and provided seeds for surrounding disturbed areas thereby accelerating their recolonization. The results of the simulation analysis of a theoretical landscape showed that in the simulated highly complex natural mature forests all disturbance regimes entail homogenization on the spatial structure compared to an undisturbed scenario. The hurricane scenario showed an increased temporal variation of the forest dynamics whereas lightning-strike gaps were not able to contribute to additional heterogeneity in the simulated area, despite of having the same tree mortality probability during disturbances. The interaction of the large-scale impoundment in the Indian River Lagoon and medium-sized hurricane events is characterized by partially impeded post-hurricane regeneration. In contrast, small-scaled lightning strikes influenced the regeneration of medium-sized windthrow sites positively within the homogenous plantation. We therefore suggest management activities aimed at creating small clearances within the plantation in Can Gio to simulate additional small-scale disturbances in order to facilitate heterogenization of the plantation structure. Natural disturbances are found to be able to enhance the species diversity and the interactions of ecological processes. In particular, where sustainable management strategies focused on maintaining ecosystem services especially in restored sites or plantations act as a supportive part. Natural disturbances are an integral component of mangrove forests and fulfill specific ecological functions. However, our findings indicate that these disturbances, on top of altered environmental conditions associated with climate change and direct human impacts, might jeopardize the natural development in unnatural forest structures as on plantations or restored sites. This thesis gives an extensive overview about the effect of various disturbances in different mangrove forest systems, including semi-natural forests and strongly modified plantations, on species composition and forest structure. Field studies and simulation analyses contribute in equal parts to the results of the thesis.