Uso de índices de congelamento para determinação da distribuição da vegetação arbórea em Santa Catarina

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Florianópolis, 2023.

O clima é um fator ambiental que influencia diretamente na distribuição e na ocorrência das espécies vegetais. Neste contexto, a temperatura é uma das variáveis de grande relevância em regiões montanhosas, uma vez que ela diminui gradativamente à medida que a altitude aumenta. Considerando o potencial de ocorrência de eventos de congelamento, como geadas e neve, locais mais elevados tendem a abrigar espécies vegetais que possuam adaptações estruturais e funcionais que lhes confira resistência a tais eventos. Portanto, espera-se que, em altitudes mais elevadas, as comunidades vegetais sejam diferentes daquelas em altitudes mais baixas, seja por substituição e/ou redução de espécies, ou por diferença na abundância relativa das espécies que conseguem existir ao longo do gradiente. O estado de Santa Catarina (SC), no sul do Brasil, apresenta grande variação altitudinal, com regiões sujeitas a ocorrência frequente de geada, o que possibilita a existência de diferentes tipos florestais, tanto com espécies arbóreas de climas mais quentes quanto de climas mais frios. Assim, a proposta deste trabalho foi criar um índice de congelamento capaz de representar a influência do congelamento na distribuição de espécies arbóreas no gradiente altitudinal em SC, testando duas hipóteses: i) existência de um limiar no gradiente altitudinal a partir do qual a maior parte das espécies de climas mais quentes é substituída pelas que ocorrem em temperaturas mais baixas; e ii) esse limiar altitudinal está associado à ocorrência de congelamento, que atua como filtro ambiental, dificultando o estabelecimento de espécies menos resistentes ao congelamento. Foram utilizados dois conjuntos de dados: 1) o Inventário Florístico Florestal de SC (IFFSC), com registro de 642 espécies em 422 Unidades Amostrais (UA); 2) dados horários de temperatura, do conjunto ERA5 Land, no período entre 1971 e 2022. A primeira hipótese foi testada através da análise de mudanças de diversidade beta ao longo do gradiente altitudinal. A hipótese (i) foi parcialmente confirmada, considerando a existência de um limiar altitudinal (900 m); no entanto, não se observou a substituição da maioria das espécies, e somente 20 espécies foram encontradas exclusivamente acima do limiar. Para testar a segunda hipótese, propuseram-se diferentes índices de congelamento a partir da ocorrência de eventos com temperaturas abaixo de 4ºC (a 2 m do solo). O índice de congelamento mais relevante para explicar a distribuição da vegetação leva em conta o quanto varia a sinergia entre duração e intensidade dos eventos com potencial ocorrência de congelamento. Isto sugere que as espécies distribuem-se mais de acordo com a variação na ocorrência de congelamento do que de acordo com condições de congelamento mais persistentes. Utilizando-se este índice corroborou-se parcialmente a segunda hipótese, uma vez que o aumento da variação da sinergia não corresponde a um aumento da altitude ao longo de todo o gradiente altitudinal. As maiores variações na sinergia ocorreram em níveis intermediários de altitude (~ 500 m), onde se localizam predominantemente Florestas Estacionais Deciduais (FED), com presença de espécies com características de resistência ao congelamento. Os índices de congelamento propostos neste trabalho mostraram-se úteis para a compreensão da distribuição espacial de espécies e servirão de base para futuros estudos, podendo ser utilizados como parâmetro para experimentos a nível de espécie, e aplicados a diferentes escalas espaciais.

Abstract: Climate is an environmental factor that directly influences the distribution and occurrence of plant species. In this context, temperature is one of the variables of great relevance in mountainous regions, as it gradually decreases as altitude increases. Considering the potential for freezing events, such as frost and snow, higher elevations tend to be home to plant species that have structural and functional adaptations that give them resistance to such events. Therefore, it is expected that, at higher altitudes, plant communities will be different from those at lower altitudes, either due to replacement and/or reduction of species, or due to a difference in the relative abundance of species that are able to exist along the gradient. The state of Santa Catarina (SC), in the south of Brazil, presents great altitudinal variation, with regions subject to frequent occurrence of frost, which allows the existence of different forest types, both with tree species from warmer climates and from cooler climates. cold. Thus, the proposal of this work was to create a freezing index capable of representing the influence of freezing on the distribution of tree species in the altitudinal gradient in SC, testing two hypotheses: i) existence of a threshold in the altitudinal gradient from which most species from warmer climates are replaced by those that occur at lower temperatures; and ii) this altitudinal threshold is associated with the occurrence of freezing, which acts as an environmental filter, hindering the establishment of species less resistant to freezing. Two sets of data were used: 1) the Forest Floristic Inventory of SC (IFFSC), with a record of 642 species in 422 Sampling Units (AU); 2) hourly temperature data, from the ERA5 Land set, in the period between 1971 and 2022. The first hypothesis was tested through the analysis of changes in beta diversity along the altitudinal gradient. Hypothesis (i) was partially confirmed, considering the existence of an altitudinal threshold (900 m); however, replacement of most species was not observed, and only 20 species were found exclusively above the threshold. To test the second hypothesis, different freezing indices were proposed based on the occurrence of events with temperatures below 4ºC (2 m above the ground). The most relevant freezing index to explain the distribution of vegetation takes into account how much the synergy between duration and intensity of events with potential occurrence of freezing varies. This suggests that species distribute more according to variation in freezing occurrence than according to more persistent freezing conditions. Using this index, the second hypothesis was partially corroborated, since the increase in synergy variation does not correspond to an increase in altitude along the entire altitudinal gradient. The greatest variations in synergy occurred at intermediate altitude levels (~ 500 m), where Deciduous Seasonal Forests (FED) are predominantly located, with the presence of species with characteristics of resistance to freezing. The freezing indices proposed in this work proved to be useful for understanding the spatial distribution of species and will serve as a basis for future studies, and can be used as a parameter for experiments at the species level, and applied to different spatial scales.