O funcionamento dos ecossistemas é o fluxo de matéria e de energia ao longo dos seus componentes bióticos e abióticos. A manutenção de tal funcionamento é crucial para promover os serviços ecossistêmicos dos quais a humanidade depende. Atividades antrópicas, como a agricultura e a urbanização podem alterá-los significativamente e, por isso, o entendimento dos impactos positivos e negativos de tais alterações bem como o desenvolvimento de ferramentas de avaliação da biodiversidade são importantes para a conservação. A diversidade funcional é um componente da diversidade biológica que leva em conta o papel que cada espécie desempenha no ecossistema e, portanto, deve refletir o funcionamento do ecossistema de forma mais acurada. Esta tese teve por objetivos relacionar o funcionamento do ecossistema e os seus serviços a ações antrópicas, bem como propor a abordagem funcional como indicadora da biodiversidade de áreas naturais. No primeiro capítulo, avalio padrões espaciais e temporais da exposição dos tipos de vegetação que ocorrem no Brasil à luz artificial, um dos principais símbolos da urbanização e da vida moderna. Os resultados mostram que a maioria deles apresenta alguma porcentagem de sua área expostos à luz artificial. Em alguns deles, porém, ainda é possível encontrar o brilho natural do céu noturno, o que nos permite sugerir a elaboração de políticas de desenvolvimento de distribuição de luz com foco no mínimo impacto, ao contrário das políticas de mitigação adotadas por países onde a iluminação é excessivamente difundida. No segundo capítulo mapeio padrões espaciais e temporais da provisão de dois serviços ecossistêmicos (polinização e estoque de carbono) e um serviço ambiental (espaço para viver) e avalio os impactos da agricultura sobre estes serviços, na área coberta pelo cerrado, na região central do Brasil. Os serviços ecossistêmicos avaliados descaíram significativamente ao longo do tempo e a região conhecida como MATOPIBA (entre os estados do Maranhão, Tocantins, Piauí e Bahia) foi identificada como um importante remanescente. Por isso, recomendo a criação de unidades de conservação de proteção integral na área. Identifiquei também sobreposição da disponibilidade destes serviços com áreas indígenas, o que ressalta a importância da manutenção destas áreas para a disponibilidade dos serviços. No terceiro capítulo exploro, por meio de revisão bibliográfica, o status da diversidade funcional na literatura científica no campo da Conservação Biológica. Os resultados permitiram visualizar o paradigma da transferência de conhecimento e identificar o potencial desta abordagem para elaboração de indicadores da biodiversidade. Por fim, no quarto capítulo, estabeleço uma lista de espécies de plantas que podem ser indicadoras da diversidade funcional em áreas cobertas por cerradão no estado de São Paulo. Tais indicadores devem ser usados em conjunto para monitoramento e diagnóstico da biodiversidade quando o objetivo é manter o funcionamento do ecossistema. As conclusões do estudo contribuem para elucidar a interferência das atividades antrópicas nos ecossistemas naturais, para levantar formas de minimizá-los e para aprimorar as formas de avaliação da biodiversidade. / Ecosystem functioning is the flow of energy and matter through the biotic and abiotic ecosystems components. The maintenance of this functioning is essential to the ecosystem services provisioning upon which humans depend. Anthropogenic activities such as agriculture and urbanisation may change it. Thus, conservation strategies rely on the understanding of the positives and negatives impacts from this changes and on the development of measurements of biodiversity. Functional diversity is a biodiversity component which considers the role of each species in the ecosystem, and, as a consequence, may reflect the ecosystem functioning more accurately. This thesis aims the establishment of the relationships between ecosystem functioning, ecosystem services and anthrogenic activities as well as purpose functional approach as biodiversity indicator of natural areas. In the first chapter, I assessed spatial and temporal patterns of exposition of the Brazilian vegetation types to the artificial light which is one of the urbanisation symbols. The results show that most of them are affected by artificial light. However, in some of them it is still possible to find a natural sky background, which allow suggesting the formulation of light distribution policies focused on minimal impact instead of mitigation, as adopted by countries where light is excessively widespread. In the second chapter, I mapped spatial and temporal patterns of two ecosystem services provisioning (pollination and carbon stocks) and one environmental service (living space) and assessed the impacts of agriculture in these services in Cerrado area, in the central region of Brazil. The ecosystem services I assessed declined significatively over time and the MATOPIBA region (around Maranhão, Tocantins, Piaui, and Bahia States) was identified as an important remint. Thus I recommended the creation of strictly protected areas in that region. I also identify overlap of these services with indigenous land, highlighting its importance for the ecosystem services provisioning. In the third chapter I explored through literature survey, the status of functional diversity in the scientific literature related to the Biological Conservation field. The results allow visualise the paradigm of knowledge transfer and identify the potential use of this approach for developing indicators of biodiversity. Finally, in the fourth chapter, we established a list of plant species that are functional diversity indicators in cerradão areas in São Paulo State. These indicators should be use as a set for the monitoring and diagnosis of biodiversity when the goal is to maintaining ecosystem functioning. The conclusions of the study contribute to clarify some lack of knowledge concerned to the impacts of human activities on ecosystem functioning, to raise means to minimise them, and to improve means of ecological integrity assessment.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:54:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5249_1.pdf: 2988178 bytes, checksum: 0da8298c7622c1c4e0a7b14572b32a52 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / A diversidade biológica tem importantes implicações no funcionamento dos ecossistemas. Porém, para realizar prognósticos sobre o efeito da extinção de espécies e/ou adição no funcionamento do ecossistema, requere-se conhecimento preciso sobre a interação das espécies. Estas interações por sua vez são importantes direcionadoras da estrutura e da diversidade das comunidades. Interações diretas: interações entre predadores vs presas, assim como, competição por recursos e interações indiretas: facilitação e inibição entre as espécies.. Essas duas últimas interações são cruciais para um entendimento adequado do grau de redundância entre espécimes dentro de um determinado grupo trófico. Até o presente momento a contribuição concomitante de bottom-up1 (i.e. controle de recursos) e top-down2 (i.e. controle predacional), forças sobre a estrutura e dinâmica das comunidades, vem sendo amplamente aceita. No entanto, os resultados e conclusões ainda são bastante inconsistentes devido à grande variabilidade das circunstâncias experimentais e dos organismos testados (cobaias), . Nematódeos são os metazoários mais abundantes e diversos em quase todos os ecossistemas sedimentares marinhos. Suas comunidades são tipicamente caracterizadas por uma alta diversidade local (α-diversidade), nas quais várias espécies pertencentes ao mesmo nível funcional tendem a co-ocorrerem. Esses organismos são importantes consumidores de produtores, assim como de decompositores (bactéria), e são presas de uma ampla variedade de predadores, incluindo outros nematódeos predadores. Até o presente momento, ainda é questionado se a estrutura da comunidade de nematódeos e sua dinâmica tendem a serem controladas, exlusivamente, pela disponibilidade de recursos ou por predação. A importância e o papel dasregras de relações horizontais, i.e. relações dentro do mesmo grupo trófico, como competição e interações indiretas, mencionadas anteriormente, são ainda pouco conhecidas. As regras que suportam as assembléias de espécies em comunidades complexas e diversas, são o resultado da soma das interações diretas e indiretas, que ocorrem simultaneamente em qualquer direção: top-down, bottom-up, e horizontais. A teoria da história de vida, enfatiza que o impacto causado por um agente (e.g. limitação de recursos, presença de predadores, etc.) na população, é determina pelo seu efeito sobre o fitness3 de uma determinada população (mais especificamente, o conceito de maximização do fitness) é a chave para o ganho de discernimento dentro de efeitos demográficos, como os impactos a nível populacional. Realizamos experimentos de microcosmos para direcionar o efeito entre relações verticais (Bottom-up e Top-down) e horizontais no fitness das populações de nematódeos bacterívoros. O primeiro experimento investigou quando e como os nematódeos afetam a colonização do substrato por bactérias através da produção de traços de muco. Demonstramos que a secreção de muco torna-se consistentemente colonizado por uma baixa diversidade de bactérias existentes no ambiente, e esse efeito é nematódeo espécie-específico. Essa estratégia de gardening4 microbiano nos permite uma melhor percepção do impacto espécie-específico de nematódeos bacterívoros sobre a comunidade bacteriana, e tem importante implicações para interações inter-específicas entre bacterívoros. Subsequentemente investiguei o efeito da disponibilidade de recursos sobre a dinâmica de populações de três nematódeos bacterívoros, que normalmente ocorrem em simpatria no seu habitat natural. A disponibilidade alimentar foi definida pela densidade bacteriana (Escherichia coli), e as respostas de cada espécie5 de nematódeos foram estudadas em culturas monoespecíficas. Cada espécie mostrou uma resposta diferente à disponibilidade de alimento. As diferenças entre as espécies se tornaram mais evidentes nos seguintes parâmetros: nível reprodutivo, tempo de desenvolvimento, densidades máximas,biomassa individual e populacional. Uma espécie teve preferência a altas densidades alimentar enquanto as outras duas preferiram densidades intermediárias. Baseados nesses resultados, construímos a curva hipotética de como compreender as comunidades que contenham simultaneamente essas três espécies5 e como as espécies poderiam responder a disponibilidade alimentar presente no ecossistema. Isso foi testado em um experimento paralelo, no qual as três espécies foram inoculadas juntas. Essses resultados não seguiram o padrão demonstrado anteriormente, nos experimentos com as espécies inoculadas separadamente, e isso ocorreu devido ao resultado das três diferentes interações horizontais (facilitação inibição e competição por alimento) atuando simultaneamente dentro da comunidade artificial de nematódeos construída. Em experimentos subsequantes, elaboramos interações inibitórias e competitivas entre duas espécies6 mostrando a dependência mais similar de densidade alimentar. Adicionalmente, para o desenvolvimento populacional, estudamos a preferência alimentar (através de quimiotaxia) e assimilação alimentar (seguindo de 13C marcador radioativo). Isso confirmou o efeito inibitório entre ambas as espécies em um ambiente com maior complexidade alimentar, composto por múltiplas cepas bacterianas, mas a assimetria (apenas uma espécie afetou a outra e não vive-versa) foi a conseqüência final desse experimento. Contário aos resultados prévios do nosso segundo experimento, onde o efeito foi altamente simétrico. Surpreendentemente, tanto a capacidade alimentar, quanto a assimilação alimentar das duas espécies, mostraram evidências claras de facilitação inter-específicas, ao contrário da inibição. Evidentemente, o padrão de comportamento foi estudado em um período curto de tempo, o que pode levar a conclusões completamente diferentes para os parâmetros populacionais em experimentos realizados a longo prazo. Todavia, houve concordância no fato de que a diversidade alimentar (i.e. bactéria) enfraqueceu as interações inter-específicas observadas. Finalmente, estudamos o efeito top-down, resultante da introdução de um nematódeo predador7 sobre o desenvolvimentopopulacional das mesmas espécies estudadas nas monoculturas. O nematódeo predador exerceu um efeito significativo sobre a densidade, a distribuição do estágio de desenvolvimento e o tamanho, assim como em relação à proporção sexual das presas. Este efeito foi altamente dependente, no entanto, não foi linearmente proporcional à densidade de predadores. Semelhantemente, mostramos que todos os três tipos de interações (bottomup, top-down e horizontais) são direcionadores importantes da dinâmica populacional e da estrutura da comunidade dentro do mesmo grupo trófico de nematódeos bacterívoros. Concluímos, que as relações horizontais indiretas têm uma relevância particular para o entendimento de como a diversidade de espécies dentro do mesmo grupo trófico afetam o funcionamento do ecossistema, relacionado com a atividade microbiana. Contudo essas interações indiretas, uma após a outra, são relações afetadas pelos efeitos bottom-up e top-down do ecossistema

O funcionamento dos ecossistemas é o fluxo de matéria e de energia ao longo dos seus componentes bióticos e abióticos. A manutenção de tal funcionamento é crucial para promover os serviços ecossistêmicos dos quais a humanidade depende. Atividades antrópicas, como a agricultura e a urbanização podem alterá-los significativamente e, por isso, o entendimento dos impactos positivos e negativos de tais alterações bem como o desenvolvimento de ferramentas de avaliação da biodiversidade são importantes para a conservação. A diversidade funcional é um componente da diversidade biológica que leva em conta o papel que cada espécie desempenha no ecossistema e, portanto, deve refletir o funcionamento do ecossistema de forma mais acurada. Esta tese teve por objetivos relacionar o funcionamento do ecossistema e os seus serviços a ações antrópicas, bem como propor a abordagem funcional como indicadora da biodiversidade de áreas naturais. No primeiro capítulo, avalio padrões espaciais e temporais da exposição dos tipos de vegetação que ocorrem no Brasil à luz artificial, um dos principais símbolos da urbanização e da vida moderna. Os resultados mostram que a maioria deles apresenta alguma porcentagem de sua área expostos à luz artificial. Em alguns deles, porém, ainda é possível encontrar o brilho natural do céu noturno, o que nos permite sugerir a elaboração de políticas de desenvolvimento de distribuição de luz com foco no mínimo impacto, ao contrário das políticas de mitigação adotadas por países onde a iluminação é excessivamente difundida. No segundo capítulo mapeio padrões espaciais e temporais da provisão de dois serviços ecossistêmicos (polinização e estoque de carbono) e um serviço ambiental (espaço para viver) e avalio os impactos da agricultura sobre estes serviços, na área coberta pelo cerrado, na região central do Brasil. Os serviços ecossistêmicos avaliados descaíram significativamente ao longo do tempo e a região conhecida como MATOPIBA (entre os estados do Maranhão, Tocantins, Piauí e Bahia) foi identificada como um importante remanescente. Por isso, recomendo a criação de unidades de conservação de proteção integral na área. Identifiquei também sobreposição da disponibilidade destes serviços com áreas indígenas, o que ressalta a importância da manutenção destas áreas para a disponibilidade dos serviços. No terceiro capítulo exploro, por meio de revisão bibliográfica, o status da diversidade funcional na literatura científica no campo da Conservação Biológica. Os resultados permitiram visualizar o paradigma da transferência de conhecimento e identificar o potencial desta abordagem para elaboração de indicadores da biodiversidade. Por fim, no quarto capítulo, estabeleço uma lista de espécies de plantas que podem ser indicadoras da diversidade funcional em áreas cobertas por cerradão no estado de São Paulo. Tais indicadores devem ser usados em conjunto para monitoramento e diagnóstico da biodiversidade quando o objetivo é manter o funcionamento do ecossistema. As conclusões do estudo contribuem para elucidar a interferência das atividades antrópicas nos ecossistemas naturais, para levantar formas de minimizá-los e para aprimorar as formas de avaliação da biodiversidade. / Ecosystem functioning is the flow of energy and matter through the biotic and abiotic ecosystems components. The maintenance of this functioning is essential to the ecosystem services provisioning upon which humans depend. Anthropogenic activities such as agriculture and urbanisation may change it. Thus, conservation strategies rely on the understanding of the positives and negatives impacts from this changes and on the development of measurements of biodiversity. Functional diversity is a biodiversity component which considers the role of each species in the ecosystem, and, as a consequence, may reflect the ecosystem functioning more accurately. This thesis aims the establishment of the relationships between ecosystem functioning, ecosystem services and anthrogenic activities as well as purpose functional approach as biodiversity indicator of natural areas. In the first chapter, I assessed spatial and temporal patterns of exposition of the Brazilian vegetation types to the artificial light which is one of the urbanisation symbols. The results show that most of them are affected by artificial light. However, in some of them it is still possible to find a natural sky background, which allow suggesting the formulation of light distribution policies focused on minimal impact instead of mitigation, as adopted by countries where light is excessively widespread. In the second chapter, I mapped spatial and temporal patterns of two ecosystem services provisioning (pollination and carbon stocks) and one environmental service (living space) and assessed the impacts of agriculture in these services in Cerrado area, in the central region of Brazil. The ecosystem services I assessed declined significatively over time and the MATOPIBA region (around Maranhão, Tocantins, Piaui, and Bahia States) was identified as an important remint. Thus I recommended the creation of strictly protected areas in that region. I also identify overlap of these services with indigenous land, highlighting its importance for the ecosystem services provisioning. In the third chapter I explored through literature survey, the status of functional diversity in the scientific literature related to the Biological Conservation field. The results allow visualise the paradigm of knowledge transfer and identify the potential use of this approach for developing indicators of biodiversity. Finally, in the fourth chapter, we established a list of plant species that are functional diversity indicators in cerradão areas in São Paulo State. These indicators should be use as a set for the monitoring and diagnosis of biodiversity when the goal is to maintaining ecosystem functioning. The conclusions of the study contribute to clarify some lack of knowledge concerned to the impacts of human activities on ecosystem functioning, to raise means to minimise them, and to improve means of ecological integrity assessment.

Submitted by DEIVID LOPES MACHADO null (deivid.machado@ig.com.br) on 2016-07-07T21:13:26Z No. of bitstreams: 1 TESE (Deivid Lopes Machado).pdf: 4607613 bytes, checksum: d466e01991fa3fae70f4bfe72d746a1a (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-07-11T20:23:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 machado_dl_dr_bot.pdf: 4607613 bytes, checksum: d466e01991fa3fae70f4bfe72d746a1a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-11T20:23:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 machado_dl_dr_bot.pdf: 4607613 bytes, checksum: d466e01991fa3fae70f4bfe72d746a1a (MD5) Previous issue date: 2016-03-11 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A composição e as características funcionais de espécies vegetais possuem grande efeito no funcionamento de ecossistemas florestais. Entretanto, o conhecimento das relações entre as características da vegetação com processos relacionados à ciclagem de nutrientes em sistemas em processo de restauração ecológica ainda é incipiente. Investigamos os efeitos de sítios e sistemas de restauração com composição e estrutura contrastantes na produção de serapilheira e na transferência de nutrientes, na fauna associada à serapilheira e na matéria orgânica do solo (MOS). Estudamos um experimento que foi implantando em 1997, no Câmpus da UNESP/FCA, em Botucatu, SP, em dois sítios com distintas características edáficas, sendo um localizado na Fazenda Lageado, que é caracterizado por apresentar textura argilosa e de maior fertilidade (Sítio 1 - Nitossolo Vermelho) e o outro localizado na Fazenda Edgardia, apresentando textura arenosa e menor fertilidade (Sítio 2 - Argissolo Vermelho Amarelo). O experimento foi delineado em blocos ao acaso, com cinco tratamentos (sistemas de restauração) e três repetições, em parcelas de 50 x 50 m (2500 m2). Em cada sítio foram implantados quatro sistemas de restauração, que se diferenciaram pelo número e composição de espécies utilizadas: semeadura direta (SEM), sistema agroflorestal (AGR), comercial para madeira e lenha (CML) e diversificado (DIV). Também faz parte do experimento um sistema controle (CON), em que não foi feito plantio (restauração passiva), e se encontra em processo de sucessão natural. Próximo a cada sítio estudamos também um fragmento de Floresta Estacional Semidecidual, como referência (REF). Caracterizamos todos os sistemas de restauração e a floresta de referência quanto ao número de espécies (riqueza rarefeita), densidade, área basal, porcentagem de indivíduos de espécies que se associam com bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico e porcentagem de indivíduos de espécies decíduas. Os sistemas que produziram maior quantidade de serapilheira e nutrientes, independentemente das condições do sítio, foram o comercial (CML) e o diversificado (DIV), devido, respectivamente, à maior proporção de indivíduos de espécies potencialmente fixadoras de nitrogênio atmosférico e maior riqueza de espécies. O comercial e o diversificado também foram os sistemas que mais se diferiram do controle e mais se assemelharam à referência. Os sistemas de restauração não influíram na estruturação e composição da fauna, tampouco diferiram do controle e da floresta de referência, sendo as condições do sítio e a sazonalidade os principais fatores responsáveis pelas diferenças ocorridas, um reflexo principalmente da umidade do solo e dos teores de P e Ca da serapilheira estocada. Embora nossos resultados indiquem que a riqueza de espécies e a porcentagem de fixadores de nitrogênio possuem forte influência na dinâmica da MOS, seus efeitos foram constatados somente no Sítio 1, devido à maior quantidade de argila; no Sítio 2, a grande quantidade de areia implicou em baixos teores de MOS. No Sítio 1, mesmo que não tenhamos verificado diferenças entre os sistemas de restauração, nossos resultados indicaram que os sistemas comercial e diversificado são os sistemas que mais se parecem com a floresta de referência, destacando-se o consórcio comercial que, além de altos valores de estoques, apresentou semelhanças com a referência nos valores de nitrogênio total, carbono orgânico total, abundância natural de 15N e carbono associado aos minerais (COam). A partir de uma análise integradora dos diferentes processos aqui estudados, nossos resultados sugerem que, em sentido amplo, a utilização de espécies com características particulares (por exemplo, com potencial de se associar com bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico) é tão eficaz na restauração dos processos de ciclagem de nutrientes, quanto sistemas com alta riqueza de espécies. / Functioning of forest ecosystems is greatly affected by composition as well as functional traits of plant species. However, the relationship between vegetation traits with nutrient cycling related processes in ecological restoration is so far under explored in the literature. We investigated the effects of tree species traits on different aspects of nutrient cycling (litter and nutrients production, litter-associated fauna and soil organic matter - SOM) in different ecological restoration systems. We analyzed a long-term experiment implemented in 1997, at the Campus of UNESP/FCA in Botucatu, at two sites with different soil characteristics. Site 1 has a clayey and higher fertility soil (a fertile loamy Ultisol) and Site 2 has a sandy texture and lower fertility soil (Alfisol). The experiment was designed in randomized blocks with five treatments (restoration systems) and three replications in 50 x 50 m plots (2500 m²). Four different restoration systems were implanted at each site. Restoration systems are differentiated by the number and composition of species used: direct seeding (SEM), agroforestry (AGR), commercial timber and firewood and (CML) and diversified (DIV). A control system (CON), with no planting and natural succession processes are following its own way (passive restoration) was also analyzed. Furthermore, we studied a fragment of seasonal semideciduous forest next to each site as a reference (REF). We assessed the number of species (rarefied richness), density, basal area and percentage of nitrogen fixing species and percentage of individuals of deciduous species in all restoration systems and forest reference. Litter and nutrient yield were higher both in the commercial (CML) and diversified (DIV) systems, regardless of site condition, which was due, respectively, to the largest proportion of individuals of putative nitrogen fixing species and higher species richness in those systems. The commercial and diversified systems were also the ones who most differed from the control and were the most similar to the reference. Restoration systems did not influence the soil fauna community structure, neither differed from the control and reference forest, while site conditions and seasonality were the main factors explaining differences, a reflection mainly of soil moisture and levels of P and Ca from litter stock. Although our results indicate that species richness and percentage of nitrogen-fixing species had a major influence on SOM dynamics, this was only observed at Site 1, due to the greater clay content. In Site 2, the high sand proportion resulted in low SOM levels. In Site 1, athought we have not found differences amidst restoration systems, our results indicated that the commercial mixed planting (CML) and diversified (DIV) systems were the most similar ones to the reference forest, especially the COM, regarding total nitrogen, total organic carbon, natural 15N abundance and carbon associated with minerals (COam). By means of an integrative analysis of all processes studied here, our results suggest that the choice of species with particular traits (for example, putative nitrogen biological fixation) are as effective at restoring processes nutrient cycling, as systems with high species richness. / CAPES: 99999.004653/2014-09 / FAPESP: 2011/23593-1 / CNPq: 14/2011