The role of topographic-derived hydrological variables in explaining plant species distributions in Amazonia / O papel de variáveis hidrológicas derivadas da topografia em explicar a distribuição de espécies de plantas na Amazônia

ABSTRACT

In Amazonian terra-firme non inundated forests, local floristic composition and species occurrence are explained by water availability as determined by topographic conditions. Topographic complexity can render these conditions quite variable across the landscape and the effects on plant ecological responses are difficult to document. We used a set of topographically defined hydrological metrics to evaluate community composition and single-species responses of four plant groups [pteridophytes (ferns and lycophytes), Melastomataceae, palms (Arecaceae) and Zingiberales] to topographic conditions in the middle Juruá River region, in western Brazilian Amazonia. The area spans two geological formations (Içá and Solimões) with contrasting topography. River terraces are also found along the main rivers in the area. Local topographic conditions were approximated by height above the nearest drainage (HAND), slope, and Strahler´s drainage order, all obtained from a SRTM digital elevation model (DEM). Data were analyzed using linear and generalized linear mixed models and regression trees. HAND was most successful in explaining floristic composition for all plant groups, except for Melastomataceae, and was more important in the hilly Içá formation than in the Solimões. Individual occurrences of 57% species were predicted by at least one of the topographic variables, suggesting a marked habitat specialization along topographic gradients. For these species, response models using SRTM-DEM-derived variables gave similar results than models using field-measured topography only. Our results suggest that topographical variables estimated from remote sensing can be used to predict local variation in the structure of plant communities in tropical forests.(AU)

RESUMO

Nas florestas de terra firme não inundáveis da Amazônia, a composição florística e a ocorrência de espécies podem ser explicadas pela disponibilidade hídrica relacionada com a topografia. Dada a complexidade topográfica, a disponibilidade de água pode ser bastante variável e seus efeitos na resposta das plantas, difícil de documentar. Neste estudo avaliamos as respostas individuais de espécie de quatro grupos de plantas [pteridófitas (samambaias e licófitas), Melastomataceae, palmeiras (Arecaceae) e Zingiberales] às condições topográficas na região do médio Rio Juruá, no oeste da Amazônia brasileira. A área abrange duas formações geológicas (Içá e Solimões) com topografias contrastantes. Terraços fluviais também são encontrados ao longo dos rios principais. As condições topográficas foram medidas usando a altura acima da drenagem mais próxima (HAND), declividade e ordem de drenagem de Strahler, todas obtidas a partir de um modelo digital de elevação SRTM-DEM. Os dados foram analisados usando modelos lineares generalizados mistos e árvores de regressão. HAND foi a principal variável explicativa da composição florística para todos os grupos de plantas, exceto Melastomataceae, tendo maior efeito na formação Içá do que na Solimões. Ocorrências individuais de 57% das espécies foram explicadas por pelo menos uma das variáveis, sugerindo uma especialização marcada de habitat ao longo de gradientes topográficos. Para essas espécies, modelos usando variáveis derivadas do SRTM-DEM deram resultados semelhantes aos modelos usando apenas a topografia medida em campo, o que indicam que variáveis topográficas derivadas do SRTM-DEM podem ser usadas para prever variações locais na estrutura de comunidades de plantas em florestas tropicais.(AU)