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Programa Padrões de distribuição espacial da diversidade • • • • • • • Revisão de conceitos de diversidade Variabilidade natural física Resposta biológica do ambiente físico Alterações antrópicas Resposta da biodiversidade às alterações Nicho ecológico Modelando distribuição da biodiversidade Prof. Dr. Silvio F. Barros Ferraz Depto. Ciências Florestais ESALQ/USP Convenção em diversidade biológica • Revisão de conceitos “Diversidade biológica significa a variabilidade entre organismos vivos (terrestres, marinhos...) e os complexos ecológicos dos quais são parte, o que inclui diversidade dentro das espécies e entre espécies e diversidade de ecossistemas” Conferência das Nações Unidas, Rio de Janeiro, 1992 Elementos de biodiversidade Tipos de diversidade • Diversidade local ou α – Nº de espécies em uma pequena área ± uniforme • Diversidade regional ou γ – Nº de espécies em todos os habitats de uma região • Diversidade β – Diferença em espécies entre locais, especialização de espécies γ= α x β β= γ /α 1 Exemplo Índices de diversidade • Diversidade incorpora riqueza, dominância e raridade de espécies • Índices consideram o padrão de abundância • Para uma dada riqueza, os índices aumentam com a equabilidade • Para uma dada equabilidade, os índices aumentam com a riqueza Exemplo O que define a ocorrência ou não de 1 espécie ? Fatores limitantes Fatores que determinam a distribuição das espécies Macroescala: • Necessidades energéticas, determinados pela fisiologia e morfologia da espécie Microescala: • Fatores relacionados ao comportamento, alimento, ameaças, abrigo, etc. 2 Fonte de energia Componentes da energia solar Luz (quanatidade e qualidade) Calor Fatores que afetam a radiação solar e temperatura Convergência intertropical Definição: Região na qual as correntes de ar dos subtrópicos norte e sul se encontram, perto do Equador, e iniciam a subida sob o aquecimento do Sol. Latitude Característica: o ar quente e úmido se resfria, condensando a umidade e formando nuvens e causando precipitação. Regiões tropicais chuvosas O ar resfriado (mais denso) que desce na região subtropical forma o cinturão subtropical de alta pressão. Topografia Elevação Declividade Orientação Desertos Ricklefs, 2003 Variação sazonal da radiação solar Efeito da movimentação do Zênite solar • • Ricklefs, 2003 A convergência intertropical segue o equador solar. A sazonalidade da chuva é mais pronunciada em um cinturão situado entre 20 graus ao norte e sul do Equador. Ricklefs, 2003 3 Influência da água temperatura Efeitos da topografia A variação sazonal na temperatura aumenta com a distância a partir do Equador, especialmente no Hemisfério Norte, onde existe menos área de oceano para moderar as mudanças de temperatura. A movimentação das massas de ar sofre influência local da topografia e outros aspectos da paisagem. Sombras de chuva: Cadeias de montanhas forçam a subida da massa de ar que se resfria, perde umidade causando precipitação. O ar seco retira umidade das partes baixas formando desertos. Ricklefs, 2003 Distribuição da temperatura Ricklefs, 2003 Distribuição da precipitação anual Chapin, 2001 Aspectos funcionais de interação água, luz e temperatura Evapotranspiração Chapin, 2001 Produtividade primária líquida Produtividade Produtividade primária bruta: energia assimilada pela fotossíntese Produtividade primária líquida: fotossíntese - respiração = energia acumulada Chapin, 2001 4 Formação dos Biomas Distribuição dos Ecossistemas Ricklefs, 2003 Chapin, 2001 IMPORTÂNCA BIOLÓGICA DAS FLORESTAS TROPICAIS Distribuição das florestas 2000 1800 1600 1400 1818 1200 1277 Mha1000 800 600 400 426 348 Floresta Temperada Floresta Subtropical 200 > 50 % das espécies animais e vegetais da planeta > 80 % dos insetos; 84% dos répteis 91% dos anfíbios; 90 % dos primatas 0 FT FBor 50 40 47 % 30 33 20 10 11 9 FTemp FST 0 FT FBor DADOS DE BIODIVERSIDADE PARA FLORESTAS TROPICAIS Dados de levantamentos realizados na Mata Atlântica em diversos trabalhos realizados apontam média de até 200 espécies árvores / ha Árvores = (são só cerca de 1/3 das espécies de plantas) Total = 600 espécies de plantas/ha Alemanha Malásia Equador Costa Rica (La Selva) Área (km2) 249.630 131.587 281.341 7,3 Mamíferos 94 >200 280 109 Aves 305 675 1.447 394 Répteis 12 270 345 76 Anfíbios 19 90 350 40 2/3 são spp de Lianas, Epífitas, Arbustivas e Herbáceas Kricher (1990): ~100 vezes mais espécies de animais e microrganismos = 60.000 espécies/ha !!! 5 Ecorregiões Brasileiras BIOMAS Brasileiros Causas antrópicas de mudança na paisagem E as alterações antrópicas ? • Proximidade • Centros urbanos • Estradas • Infra-estrutura • Mercado • Produção • Solos (produtividade) • Relevo • Construções • Estradas • Reservatórios • Cidades • Transposição de rios • Desenvolvimento de tecnologia • Produção agrícola • Extração • Desenvolvimento econômico • Turismo Rod. BR-230 (transamazônica) Hidrelétrica de Tucuruí-PA Serviços Ambientais x sistemas agrícolas (PSA) Agricultura Pecuária SAFs Exploração Manejo PFNM Floresta SAFs simples complexos Predatória Florestal nativa Plantações Florestais Emissão de carbono Biodiversidade O que determina o padrão de ocupação da terra? Perda de nutrientes, água e solo Hidrologia Suscetibilidade ao fogo Rios Estradas Pressão sobre a floresta – – – – – – Valores sócio-culturais Economia Política Legislação Histórico Aspectos naturais 6 Diversidade da paisagem • Heterogeneidade espacial dos ecossistemas naturais em função das características físicas • Heterogeneidade espacial dos vários usos da terra em ecossistemas antrópicos • Importância da diversidade da paisagem • Maior disponibilidade de recursos • Diluiç ção do impacto Dilui Diluição – No espaç ço espa espaço – No tempo • Maior biodiversidade? – Potencialmente Dois componentes: • Menor risco – Não espacial: riqueza de classes – Espacial: complexidade do mosaico Turner, 2001 – – – Ambiental Econômico Social diversidade A diversidade da paisagem é reflexo do histórico.... As paisagens são dinâmicas ! 7 Variação negativa na área de floresta tropical existente no mundo Paisagens dinâmicas 1961 Bierman, 2006 2003 Quão dinâmicas são as paisagens ? Fonte: FAO 2001 Desmatamento http://www.intactforests.org Desmatamento na Amazônia Distribuiç Distribuição da Populaç População Humana: Amazônia (25 Mi pessoas) pessoas) Desmatamento 2002/2003 Desmatamento até até 2002 Fonte: Fonte: INPE PRODES Digital, 2004. 8 Redução dos Principais Biomas do Brasil Distúrbios naturais 100 90 80 ÁreasPristine Primitivas Areas (%) • Definição: qualquer processo ou condição externa à condição natural da paisagem que resulta em mudança da cobertura do solo em uma escala de tempo relativamente curta. • Um evento relativamente discreto que rompe a estrutura de um ecossistema, comunidade, ou população e muda a disponibilidade de recursos ou o ambiente físico (White & Pickett, 1985) • Exemplos: Amazon Amazônia (86%) (83%) 70 60 50 Cerrado Savanna (45%) (50%) 40 – – – – – – – 30 Floresta Atlantic Atlântica Forest 7 (7%) % 20 10 - 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Incêndios Tornados Cheias Variação de temperatura (geadas) Queda de árvores Deslizamento Epidemia Year Distúrbios naturais Regime de distúrbios • Dinâmica espacial e temporal de distúrbios ao longo do tempo • Características: – Freqüência: número médio de eventos que ocorrem em um determinado local por unidade de tempo. • Ex: 3 vezes ao ano – Intensidade: energia física do evento por unidade de área. Característico do evento e não do seu efeito. • Exemplo: calor por unidade de área. – Resíduo: organismos que sobrevivem ao evento. – Intervalo de retorno: tempo médio entre distúrbios. Inverso da freqüência. • Exemplo: chuva com período de retorno de 100 anos. Turner, 2001 – Severidade: efeito do distúrbio nos organismos, comunidade ou ecossistema. Relacionado à intensidade pois distúrbios mais intensos geralmente são mais severos. – Tamanho: área perturbada. Podendo ser expressa em área média por evento, por tempo ou em porcentagem da área estudada. Turner, 2001 Intervalo de distúrbio / extensão Como podemos prever a distribuição das espécies ? Turner, 2001 9 Modelando Nicho Ecológico “The niche of a species is the joint description of the environmental conditions that allow a species to satisfy its minimum requirements so that the birth rate of a local population is equal or greater than its death rate along with the set of per capita impacts of that species on these environmental conditions.” • Simplificado • É definido como um espaço ndimensional. Modelo de nicho ecológico “Nicho Abiótico” Temperatura Nicho ecológico Precipitação Chase and Leibold (2003) Pontos de Ocorrência Algoritmo Temperatura Previsão da Distribuição Precipitação Mapeamento / modelando biodiversidade • Exemplo de modelo cartográfico Objetivo: – identificar áreas adequadas à ocorrência de grupos de capivaras. • Modelo cartográfico: – Simplificação de um processo ou fenômeno natural baseada em representações cartográficas das variáveis envolvidas. Critérios: Proteção e reprodução: •Corpos d’água – 300m em torno rios, lagos ou represas. Forrageamento: •Áreas de pastagem ou agrícolas não permanentes • Exemplo: Definir áreas prioritárias para conservação da biodiversidade (Roy & Tomar, 1999) Proteção, abrigo e parição de filhores: •Mata nativa – proximidade de bordas de matas Pertubações antrópicas: •Áreas urbanas – distantes mais que 2Km de áreas urbanas Fonte: Roy et al, 1999 Tamanho da área de utilização: •Área contígua – pelo menos 5 há (1 grupo) 10 Exemplo de modelo cartográfico Áreas de 300m em torno dos corpos d’água Buffer + Pasto + todas as áreas agrícolas Pasto Recl. + áreas agrícolas Filtro Área >= 5ha Mapa Hidrografia Recl. Fatores que influenciam a diversidade: + Áreas possíveis de ocorrência Grad. dist. da mata Áreas de mata Dist. Exercício: distribuição espacial da biodiversidade Mapa uso da terra Recl. Imagem de satélite Interp. + Áreas distantes 2km da área urbana Grad. dist. área urbana Recl. Dist. Áreas urbanas + Áreas inundáveis • • • • E = espécie M = condições do meio I = Impacto antrópico S = sensibilidade da espécie Recl. Mapa solos ou geologia Recl. • Cálculo da sobrevivência de espécies 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 -2 -2 -2 -2 -2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 -2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 -2 -2 -2 -2 -2 -2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 5 1 1 4 1 2 1 3 2 3 1 1 3 2 3 4 4 1 5 4 1 1 2 3 1 3 2 2 4 4 1 2 3 3 1 1 1 4 4 2 2 1 Sobrevivência1 = (S+M) 4 2 5 4 1 1 + 4 )- 5 4 5 5 3 2 3 5 5 5 Impacto antrópico (I) Sensibilidade da espécie (S) ( 4 5 2 2 3 5 5 Condição do meio (M) 4 2 2 1 4 3 4 1 4 = 1 Sobrevivência2 = (S+M) - I 11