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Doctoral Thesis
Document
Author
Full name
Rafaela Pereira Naves
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2017
Supervisor
Committee
Batista, João Luis Ferreira (President)
Brancalion, Pedro Henrique Santin
Lima, Renato Augusto Ferreira de
Santos, Flavio Antonio Maës dos
Silva, Edson José Vidal da
Title in Portuguese
Dinâmica da diversidade de florestas manejadas através da abordagem de ajuste e seleção de modelos para distribuição de abundância entre espécies
Keywords in Portuguese
Exploração de impacto reduzido
Poisson Lognormal
Similaridade
Verossimilhança
Abstract in Portuguese
As florestas na Amazônia tem sido exploradas para a provisão de madeira. A exploração era feita sem planejamento das atividades (Exploração Convencional ou EC), resultando em grandes áreas de florestas degradadas. A partir da década de 90, foram estabelecidas técnicas para minimizar os danos da exploração à vegetação remanescente, visando ciclos sequenciais de corte, sem prejuízo à produção, através da Exploração de Impacto Reduzido (EIR). Embora muito tenha sido discutido sobre o quão mais eficiente a EIR seja em relação a EC, ainda existem lacunas, principalmente acerca da organização e manutenção da diversidade dessas áreas. A exploração é, de maneira muito resumida, o corte de algumas árvores de interesse comercial e a morte acidental de outras árvores que não as de interesse, pela queda e arraste das toras, construção das estradas e dos pátios de estocagem. As clareiras formadas, em geral, são maiores que as que ocorrem naturalmente na floresta. Essas clareiras são ocupadas por espécies de rápido crescimento, potencialmente mudando a organização da comunidade. Assim, são necessárias abordagens para detectar e então caracterizar quais os impactos que a exploração tem na diversidade de comunidades arbóreas. É importante ressaltar que muitas decisões sobre a sustentabilidade do manejo são tomadas considerando como essas comunidades respondem a distúrbios. Diante do apresentado, esta tese teve como objetivo analisar a dinâmica da diversidade de florestas submetidas à exploração florestal. A distribuição de abundância entre espécies (DAE) é uma abordagem paramétrica para caracterização de comunidades, baseada em um dos poucos padrões que se mantem em todas as comunidades: muitas espécies raras e poucas espécies abundantes, sendo também o reflexo de como as espécies partilham recursos. Distúrbios mudam a identidade das espécies dominantes, podendo ser refletido em alterações nos parâmetros e/ou curvas da DAE. Nós analisamos a DAE de áreas submetidas ao manejo florestal (EIR e EC) e uma área Controle, antes do manejo e ao longo de 16 anos em Paragominas, Pará, Brasil. Antes da exploração, em 1993, foram estabelecidas três parcelas permanentes, onde os indivíduos arbóreos com DAP ≥ 25 cm foram cadastrados. Indivíduos menores (DAP ≥ 10 cm) foram mensurados em sub-parcelas. Após essa primeira medição, foi conduzida exploração em duas parcelas (EIR e EC) e a terceira parcela foi mantida como Controle. As parcelas foram medidas novamente em 1994, 1998, 2000, 2006 e 2009. Para testar se a DAE muda devido ao manejo, usamos a distribuição Poisson Lognormal (PLN) para descrever cada ano e cada tratamento. Para detectar mudanças na similaridade, em termos de composição de espécies e abundância relativa de cada espécie, nós usamos o parâmetro de correlação da PLN bivariada para comparar a comunidade antes da exploração com os outros anos. Ao contrário do esperado, não foram encontradas mudanças estatisticamente relevantes nos parâmetros da DAE ao longo do tempo em nenhum dos três tratamentos. Entretanto o parâmetro de correlação diminui para a comunidade com o menor critério de inclusão de DAP, nas últimas medições das áreas exploradas. Nós também analisamos a DAE dessas mesmas áreas considerando como medida de abundância a área basal de cada espécie. Não foram encontradas mudanças relvantes na DAE, apenas diminuição do parâmetro de correlação. Embora o manejo tenha resultado na diminuição de até 22% dos indivíduos e 27% da área basal, ele não é imediatamente detectado na DAE pois as mortes acidentais são a maioria no manejo. Para cada árvore explorada, em média 19 árvores com DAP ≥ 10 cm são mortas acidentalmente. Essa morte acidental é de certa forma independente da espécie, assim todas as espécies tem suas abundâncias diminuídas. A distribuição PLN considera os efeitos da amostragem através do processo Poisson, então mesmo que a porcentagem de indivíduos mortos fosse maior, dificilmente seria detectável na DAE. No entanto, a diminuição do parâmetro de correlação ao longo do tempo nas áreas exploradas é devido ao aumento da abundância e da área basal de espécies de rápido crescimento como as do gênero Cecropia. A DAE da Ilha de Barro Colorado (BCI), Panamá, também foi analisada (28 anos de medições, DAP ≥ 1 cm). Nós dividimos o conjunto de dados em quatro critérios de inclusão de DAP (1, 10, 25 e 45 cm). Visto que a área não é submetida a grandes distúrbios e, como era esperado, não foram encontradas mudanças relevantes nem na DAE nem na identidade das espécies dominantes. Muitos indivíduos morreram durante esse período, devido a elevada mortalidade, comum para árvores pequenas (DAP < 10 cm), e outra grande parcela da comunidade não atingiu os critérios de DAP que geralmente são amostrados (10, 25 e 45 cm). Mesmo os indivíduos considerados ingressantes, de acordo com esses critérios, já estavam presentes na parcela na primeira medição, apenas eram menores que esses critérios. Diante do apresentado, um distúrbio pode demorar décadas para aparecer nas classes de DAP que geralmente são amostradas, por exemplo DAP ≥ 10 cm. Assim, reiteramos que efeito ou falta de efeito de distúrbios na diversidade de comunidades arbóreas deve ser interpretado com muita cautela.
Title in English
Temporal dynamics of tree diversity in the context of forest management, using species abundance distribution models
Keywords in English
Likelihood
Poisson Lognormal
Reduced impact logging
Similarity
Abstract in English
Amazon tropical forests in Brazil have been exploited for the provisioning of timber, mainly using conventional logging (CL) practices. Little operational planning has been considered and, as a result, large forest areas in the Amazon have become highly degraded over time. Since the 1990's, reduced impact logging (RIL) has been adopted as a means of reducing the damage caused by timber exploitation and of establishing more sustainable practices, trying to make sequential logging cycles possible. Much has been discussed about the higher efficiency of RIL or CL, but there are still important knowledge gaps, mainly regarding tree diversity and forest functioning in logged areas. The logging of commercial species and the accidental death of non-targeted trees may alter environmental conditions, leading to higher abundance of some species and to the reduction of others, thus modifying forest structure and diversity. These changes promoted by exploitation have a signature in the structure of the remaining community and tracking them at the community level is still a great challenge, but important decisions are mainly taken considering tree diversity. The development of tools is crucial to quantify the effects of disturbance and to predict its consequence over communities. The main goal of this thesis was to analyze the temporal dynamics of tree diversity in the context of forest management. Species abundance distribution models (SAD) are a parametric approach, based on the most strong pattern in community ecology: few species have high abundance and rarity is the rule. It is also independent of sampling size and related to how species share resources. Species dominance change as a result of disturbances, and these changes may be detectable by changes on the parameters and/or curves of the SAD. We used inventory data from three permanent plots established in 1993 in Paragominas, Pará, Brazil. All the trees with Diameter at Breast Height (DBH) ≥ 25 cm were determined and measured and smaller individuals were measured within subplots (DBH ≥ 10 cm). After this first survey, we harvested two plots using different techniques (RIL and CL) and a third plot was kept as Control. The plots were surveyed again in 1994, 1998, 2000, 2006 and 2009. To test if it is possible to detect changes in the SAD due to logging we used the Poisson Lognormal distribution (PLN) to describe the data from each year. To detect changes in species similarity, we compared species composition and abundance over time, using the correlation parameter of the bivariate PLN. We compared the same plots in 1993 (before exploitation) and in the years that followed. We observed no relevant changes in SAD, but only small changes in the correlation parameter in the last surveys. We also analyzed species' basal area distribution, and found no statistically relevant changes apart from small changes in the correlation parameter in harvested areas. After exploitation, we observed a reduction of as much as 22 % of the number of trees and 27% of the basal area, and mortality was mainly attributed to the accidental death of non-targeted trees. For each tree harvested, an average 19 trees died accidentally. Because of the dominant role of these random accidental deaths, the signature of management operations could not be detected immediately after logging, using SAD or the correlation parameter. Since SAD models consider sampling effects (Poisson process), any disturbance which causes the random death of trees may not be detected in the short run. However, the start of small changes could be noticed within a couple of decades. The relative abundance of some species has been altered in exploited forests, which was detected by changes in the correlation parameter. Pioneer species of the genus Cecropia have become the most abundant trees in the last survey, considering DBH ≥ 10 cm. We also evaluated species abundance distribution in the Barro Colorado Island, Panama (28 years, DBH ≥ 1 cm). We established four different inclusion criteria (DBH 1, 10, 25 and 45). The area was not subject to major disturbances and, as expected, we observed no relevant changes in the SAD during this period. A large number of individuals died during this period, due to the high mortality common to small trees (DBH ≥ 10 cm), and many others have not reached the used inclusion criteria (10, 25 and 45 cm). Using these inclusion criteria, we showed that the community recruited during this period was already present in the forest in the first survey, but those trees just did not reach the size to be measured. Therefore, a recent disturbance may take decades to be detected within the DBH classes usually sampled. We highlight the role of time scale in the interpretation of tree diversity dynamics.
 
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Publishing Date
2018-04-17
 
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