Padrões de estrutura e diversidade da vegetação lenhosa relacionados à heterogeneidade espacial de água no solo em cerrado do Brasil Central

Abstract

O Cerrado exibe grande heterogeneidade espacial na estrutura da vegetação e extraordinária diversidade de espécies. Água no solo vem sendo extensivamente debatida como um dos principais fatores influenciando as características do Cerrado. Entretanto, a dificuldade em acessar a variabilidade espacial da água no solo, particularmente nas camadas profundas, sempre limitou esta investigação. Neste estudo, foi utilizado um método inovador para caracterizar a variabilidade da água disponível para as plantas (ADP), no solo profundo (0-10 m), através de perfis de resistividade elétrica. É apresentada a relação espacial, em fina escala, entre a distribuição de água, estrutura e diversidade de espécies lenhosas. A variação espacial da água disponível para as plantas e dos atributos da vegetação lenhosa foi medida em três transectos (275 m) localizados na mesma fitofisionomia (cerrado denso). Os transectos não mostravam, portanto, qualquer gradiente estrutural óbvio na vegetação. A posição das plantas, altura, circunferência basal e dimensões da copa, individuais, e índice de área de foliar, riqueza e diversidade de espécies, foram examinados dentro de parcelas de 100 m2 centrados no transecto de resistividade/ ADP. A heterogeneidade espacial em ADP e na estrutura da vegetação foi avaliada através de medidas de autocorrelação espacial (Coeficiente I de Moran). Comparações com modelos nulos indicaram que as plantas estão distribuídas aleatoriamente no transecto com maior ADP e baixa heterogeneidade, e agregadas no transecto mais seco e heterogêneo. A densidade de plantas foi relacionada positivamente com ADP. Atributos da vegetação, indicadores de biomassa, exibiram padrão de variação espacial muito similar ao padrão de variação espacial de ADP. As médias para as parcelas de 100 m2 para todos os atributos da vegetação foram correlacionadas negativamente com ADP no solo profundo (abaixo de 400 cm) nos três transectos. As correlações negativas sugerem maior absorção de água do solo profundo (até 10 m) por plantas com maior estatura. Apesar de mostrarem riqueza de espécies similar, os três transectos diferiram em aspectos da diversidade. A diversidade de espécies foi mais baixa no transecto mais seco e heterogêneo; e mais elevada no transecto intermediário em ADP. As diferenças na diversidade de espécies entre transectos foram relacionadas a diferenças nos padrões de diversidade alfa (dentro dos plots) e beta (entre plots). O transecto mais seco e heterogêneo teve a menor diversidade alfa; entretanto mostrou a maior variação espacial na composição de espécies (diversidade beta). O transecto mais úmido e menos heterogêneo teve diversidade alfa maior, porém menor diversidade beta. A riqueza de espécies foi positivamente correlacionada com ADP de 0- 400 cm, em ambas as estações. A eqüitabilidade e diversidade de Simpson, entretanto, foram negativamente relacionadas com ADP abaixo de 400 cm. Variações em ADP foram significativamente correlacionadas com variações florísticas nos três transectos. Ampla heterogeneidade espacial em ADP, em escala de dezenas de metros, foi encontrada no sítio de estudo. A estrutura da vegetação, riqueza e diversidade de espécies lenhosas co-variaram espacialmente com a água disponível no solo.

The Brazilian savanna (Cerrado) shows large structural heterogeneity and rich plant species diversity. Soil water has been extensively debated as one of the major factors influencing vegetation features in savannas. However, this factor has not been well investigated because spatial heterogeneity of the belowground environment is difficult to assess through the usual ecological methods. Here, I have applied a novel methodological approach (soil electrical resistivity profiling) to convert interpolated data of soil electrical resistivity to volumetric water content. Then, I assessed the spatial and temporal variation of plant available water (PAW). Spatial variation in PAW and vegetation attributes of the woody vegetation were measured along three 275-m transects placed in a core area of the Cerrado (Águas Emendadas Ecological Station, Distrito Federal). The three transects were placed in the same physiognomy and they have not showed any obvious vegetation gradient. Plant position, height, basal circumference, crown dimensions, leaf area index, species identity, richness and diversity were surveyed within 22 100-m2 plots centered on the resistivity transect. Resistivity profiling has revealed strong PAW spatial variability among and within transects. Strong co-organization was found between structural attributes and PAW, in the most heterogeneous transect. Plant density was positively related with PAW. Comparisons with null models suggest that plants were randomly distributed over the transect with greater PAW and low ADP heterogeneity, and clustered in the driest and most heterogeneous transect. Averages for 100-m2 plots for all vegetation attributes were negatively correlated with PAW below 400 cm in the three transects, suggesting a greater water uptake from the deep soil by plants with greater stature. Despite their similar total species richness, the three transects showed differences in species diversity. Differences in species diversity among transects seemed related to unlike patterns of alpha (within plot) and beta-diversity (among plots). The driest and most heterogeneous transect showed lower alpha- diversity; however it showed the highest beta diversity. The most humid and less heterogeneous transect showed higher alpha-diversity, but the lowest beta- diversity. Species richness was positively correlated with PAW 0-400 cm depth. Simpson’s diversity, however, was negatively related to PAW beneath 700 cm. Dominance of one species, as more soil water became available at depth, contributed to the decline in species diversity. Overall, this study has revealed a strong spatial heterogeneity of the PAW, at fine-scale, which was coupled to structure and diversity of woody species in the studied savanna.