Investigations into deforestation, forest fragmentation and the distribution of threatened plant species in the South-east of Brazil | Investigações sobre desflorestamento, fragmentação florestal e a distribuição de espécies arbóreas ameaçadas no sudeste do Brasil

Land use and cover change are resulting in changes across the globe, and especially in tropical ecosystems. Investigating factors that relate to these disturbances is essential if we are to mitigate the damage they are causing to biodiversity and ecosystem services. This is especially important in the case of megadiverse and threatened tropical biomes, such as the Brazilian Atlantic Forest, considered a biodiversity hotspot. The relationships between the greatest threats to the Atlantic Forest – deforestation and forest fragmentation – and external factors that might be related to them are not currently well understood, and comprehending them is vital for the conservation of the forest’s remaining area. Equally important is identification of priority areas that need protection. Understanding the potential distribution of threatened species is a key tool for identifying those areas. This thesis aims to investigate the relationships between deforestation and forest fragmentation, and socio-economic and bio-geophysical factors in the Atlantic Forest in the state of Minas Gerais, Brazil, and to model the potential distributions of red-listed plant species, which occur in this biome, and Cerrado and Caatinga of Minas Gerais. In Chapter 2 I used random forest analysis (RF) to identify relationships between socio-economic and bio-geophysical factors, and deforestation and forest fragmentation metrics in the Atlantic Forest. In chapter 3, I used RF to investigate how those relationships changed when they were analysed at different spatial scales. In Chapter 4, I used MaxEnt to investigate the potential distribution of redlisted plant species in Minas Gerais, in order to recommend priority areas for conservation based on the highest environmental suitability for the species modelled. Two broader-scale projects carried out in Minas Gerais – the ecologiceconomical zoning of Minas Gerais, and the vegetation monitoring system dataset – provided the factors, which number more than 300, deforestation and forest fragmentation metrics, and some of the occurrence points of threatened plant species. I compiled further occurrence points from the SpeciesLink Website, and NeoTropTree database. RF analysis proved to be an effective tool for elucidating the relationships between factors and metrics, both in comparison to the classical approach and when used at multiple scales. Overall, a set of factors from different categories was identified as having relatively strong relationships with patterns of deforestation and forest fragmentation. Road density was the most commonly selected factor in the RF models. I observed extensive variation in the RF models at different scales, with some metrics providing higher levels of explanation at finer scales, while others at larger scales. Additionally, I have shown that deforestation processes are still occurring in the Atlantic Forest of Minas Gerais, even with specific legislation that makes deforestation in this biome illegal. Finally, I identified significant gaps in the protection of threatened plant species, mainly in the Atlantic Forest. Together with areas identified in the Cerrado and Caatinga, these must be considered as priorities for conducting inventories and, after confirmation of existing species distributions, proposing new natural reserves.

Mudanças no uso e cobertura da terra têm resultado em alterações globais, especialmente em ecossistemas tropicais. Investigar fatores que podem estar relacionados a estes distúrbios é essencial para mitigar danos causados à biodiversidade e aos serviços ecossistêmicos. Isso é especialmente importante no caso de biomas tropicais mega-diversos e extremamente ameaçados, como a Mata Atlântica, considerada hotspot de biodiversidade. As relações entre as principais ameaças à Mata Atlântica – desflorestamento e fragmentação florestal – e fatores externos não são atualmente bem compreendidas, e compreendê-las é vital para a conservação de sua área remanescente. Igualmente importante, é identificar áreas prioritárias que necessitam de proteção. Compreender a distribuição potencial de espécies ameaçadas, o que também não é bem compreendido atualmente, é fundamental para identificar tais áreas. Esta tese tem como objetivo investigar relações entre desflorestamento e fragmentação florestal, e fatores socioeconômicos e bio-geofísicos na Mata Atlântica no Estado de Minas Gerais, Brasil, e modelar distribuições potenciais de espécies de plantas ameaçadas, que ocorrem neste bioma, no Cerrado e na Caatinga de Minas Gerais. No Capítulo 2 utilizei a análise de Random Forest (RF) para identificar relações entre fatores socioeconômicos e bio-geofísicos, e métricas de desflorestamento e fragmentação florestal na Mata Atlântica. No capítulo 3, usei RF para investigar como essas relações mudaram quando analisadas em diferentes escalas espaciais. No capítulo 4, eu usei o MaxEnt para investigar a distribuição potencial de espécies de plantas ameaçadas em Minas Gerais, a fim de recomendar áreas prioritárias para conservação com base na maior adequabilidade ambiental das espécies modeladas. Dois projetos em escala ampla realizados em Minas Gerais – o Zoneamento ecológico-econômico de Minas Gerais, ZEE-MG, e o Inventário Florestal – forneceram mais de 300 fatores, métricas de desflorestamento e fragmentação florestal, e parte dos pontos de ocorrência das espécies de plantas ameaçadas. Compilei demais pontos de ocorrência do site SpeciesLink e do banco de dados NeoTropTree. RF provou ser uma ferramenta eficaz para elucidar as relações entre fatores e métricas, tanto em comparação com a abordagem clássica, como quando usada em múltiplas escalas. No geral, um conjunto de fatores de diferentes categorias foi identificado como tendo relações relativamente fortes com os padrões de desflorestamento e fragmentação florestal. A densidade de estradas foi o fator mais comumente selecionado nos modelos de RF. Observei grande variação nos modelos de RF em diferentes escalas, em que algumas métricas forneceram níveis mais elevados de explicação em escalas mais finas, enquanto outras em escalas mais amplas. Ainda, eu mostrei que os processos de desflorestamento ainda ocorrem na Mata Atlântica de Minas Gerais, mesmo com legislação específica que o torna ilegal neste bioma. Finalmente, eu identifiquei lacunas significativas na proteção das espécies ameaçadas, principalmente na Mata Atlântica. Juntamente com áreas identificadas nos biomas Cerrado e Caatinga, estes locais devem ser considerados como prioridades para a realização de inventários e, após a confirmação de distribuição das espécies existentes, propor novas reservas naturais.