The other side of tropical forest drought: do shallow water table regions of Amazonia act as large-scale hydrological refugia from drought?

Tropical forest function is of global significance to climate change responses, and critically determined by water availability patterns. Groundwater is tightly related to soil water through the water table depth (WT), but historically neglected in ecological studies. Shallow WT forests (WT < 5 m) are underrepresented in forest research networks and absent in eddy flux measurements, although they represent c. 50% of the Amazon and are expected to respond differently to global-change-related droughts. We review WT patterns and consequences for plants, emerging results, and advance a conceptual model integrating environment and trait distributions to predict climate change effects. Shallow WT forests have a distinct species composition, with more resource-acquisitive and hydrologically vulnerable trees, shorter canopies and lower biomass than deep WT forests. During 'normal' climatic years, shallow WT forests have higher mortality and lower productivity than deep WT forests, but during moderate droughts mortality is buffered and productivity increases. However, during severe drought, shallow WT forests may be more sensitive due to shallow roots and drought-intolerant traits. Our evidence supports the hypothesis of neglected shallow WT forests being resilient to moderate drought, challenging the prevailing view of widespread negative effects of climate change on Amazonian forests that ignores WT gradients, but predicts they could collapse under very strong droughts.

O funcionamento da floresta tropical é de importância global para as respostas às mudanças climáticas e é criticamente determinado pelos padrões de disponibilidade de água. A água subterrânea está intimamente relacionada à água do solo através da profundidade do lençol freático, que tem sido historicamente negligenciado em estudos ecológicos. Florestas com lençol freático raso (< 5 m) estão sub-representadas nas redes de pesquisa florestal e ausentes nas medições de fluxo de gases, embora representem ~ 50% da Amazônia e devam responder de forma diferente às secas relacionadas às mudanças globais. Aqui revisamos os padrões de profundidade do lençol freático e suas consequências para plantas, resultados emergentes, e avançamos em um modelo conceitual que integra o ambiente e as distribuições de características funcionais para prever os efeitos das mudanças climáticas. As florestas com lençol freático raso têm uma composição de espécies distinta, com árvores mais aquisitivas na obtenção de recursos e hidrologicamente vulneráveis, dosséis mais baixos e menor biomassa do que as florestas com lençol freático profundo. Durante os anos climáticos 'normais', as florestas com lençol freático raso têm maior mortalidade e menor produtividade do que as florestas com lençol freático profundo, mas durante secas moderadas, a mortalidade é amortecida e a produtividade aumenta. No entanto, durante secas severas, as florestas com lençol freático raso podem ser mais sensíveis devido às raízes superficiais e características funcionais de intolerância à seca. Nossas evidências apoiam a hipótese de que as florestas com lençol freático raso, historicamente negligenciadas, sejam resilientes à seca moderada, desafiando a visão predominante dos efeitos negativos generalizados da mudança climática nas florestas amazônicas que ignora gradientes de profundidade do lençol freático, mas prevê que elas podem entrar em colapso sob secas muito fortes.

La función de los bosques tropicales es de importancia mundial para las respuestas al cambio climático y está críticamente determinada por los patrones de disponibilidad de agua. El agua subterránea está estrechamente relacionada con el agua del suelo a través de la profundidad del nivel freático (NF), pero históricamente se há negligenciado en los estudios ecológicos. Los bosques con NF poco profundos (NF < 5 m) están subrepresentados en las redes de investigación forestal y ausentes en las mediciones de flujo de gases, aunque representan ~ 50% de la Amazonía y se espera que respondan de manera diferente a las sequías relacionadas con el cambio climático global. Aquí revisamos los patrones de NF y las consecuencias para las plantas, los resultados emergentes y avanzamos en un modelo conceptual que integra distribuciones ambientales y de rasgos funcionales para predecir los efectos del cambio climático. Los bosques con NF poco profundos tienen una composición de especies distinta, con árboles más adquisitivos en la obtención de recursos e hidrológicamente más vulnerables, dosel más bajo y menor biomasa que los bosques de NF profundo. Durante los años climáticos 'normales', los bosques con NF poco profundos tienen una mayor mortalidad y menor productividad que los bosques con NF profundos, pero durante sequías moderadas la mortalidad se amortigua y la productividad aumenta. Sin embargo, durante una sequía severa, los bosques de NF poco profundos pueden ser más sensibles debido a raíces poco profundas y rasgos de intolerancia a la sequía. Nuestra evidencia apoya la hipótesis de que los bosques de NF poco profundos, mayoritariamente desconsiderados, son resistentes a sequías moderadas, desafiando la visión predominante de impactos negativos generalizados del cambio climático en los bosques amazónicos, que ignora los gradientes de NF, pero predice que podrían colapsar bajo sequías muy fuertes.

Dendroecology of Macrolobium acaciifolium (Fabaceae) in Central Amazonian floodplain forests / Dendroecologia de Macrolobium acaciifolium (Fabaceae) em florestas alagáveis da Amazônia central

The forest dynamics in the Amazonian floodplains is strongly triggered by the flood pulse. Trees respond to unfavorable growth conditions during the flood period by cambial dormancy, which results in the formation of annual growth rings. We determined tree age and compared the mean annual rates of increase in the diameter of Macrolobium acaciifolium with hydrological and climatic factors in three regions of central Amazonian floodplain forest. A wood sample was obtained from each tree using an increment borer. Ring growth was assessed by marginal parenchyma bands to determine tree age and the mean diameter increment. Ring widths were indexed to construct cross-dating chronologies and correlated with climatic and hydrological variables. The analyses demonstrate that the mean annual diameter increment did not differ between the three study sites. The chronologies correlated significantly with the terrestrial phase. There was no significant difference in the ring-width index between El Niño years and other years, and between La Niña and other years. These results show that the hydrological variables can be considered crucial to the rates of tree growth and diameter increment in floodplains, and El Niño signals were not detected in the tree-ring chronologies.

A dinâmica das florestas alagáveis da Amazônia é fortemente influenciada pelo pulso anual de inundação. As árvores respondem às condições de crescimento desfavoráveis durante o período de inundação através da dormência cambial, resultando na formação de anéis de crescimento anuais. Neste estudo, determinamos a idade das árvores e comparamos as taxas anuais médias de incremento em diâmetro de Macrolobium acaciifolium com fatores hidrológicos e climáticos em três regiões de florestas alagáveis na Amazônia central. Para cada árvore, uma amostra de madeira foi obtida usando uma broca dendrocronológica. O crescimento do anel foi avaliado por bandas de parênquima marginal, para determinar a idade da árvore e o incremento médio em diâmetro. As séries de anéis foram indexadas, para construir cronologias, e correlacionadas com variáveis climáticas e hidrológicas. Nossas análises demonstraram que o incremento anual médio em diâmetro não diferiu entre os três locais de estudo. As cronologias correlacionaram-se significativamente com a fase terrestre. Não houve diferença significativa no índice de largura dos anéis entre os anos de El Niño e outros anos, e entre os anos de La Niña e outros anos. Estes resultados mostraram que as variáveis hidrológicas podem ser consideradas cruciais para as taxas de crescimento e de incremento em diâmetro das árvores em florestas alagáveis, e que não foram detectados sinais de El Niño nas cronologias das árvores analisadas.

Hexapod decomposers of Serra de Santa Catarina, Paraíba, Brazil: an area with high potential for conservation of Caatinga biodiversity / Hexápodes decompositores da Serra de Santa Catarina, Paraíba, Brasil: uma área com elevado potencial para a conservação da biodiversidade da caatinga

Abstract: In detritus-based trophic systems, springtails, dung beetles, saprophagous calyptrate flies and termites consume and fragment organic matter and control populations of decomposer microorganisms, exerting a strong influence on energy and nutrient fluxes. A faunal inventory of these four groups of hexapods was performed in Serra de Santa Catarina (SSC), an area of arboreal-shrub caatinga located in the state of Paraíba, with the purpose of characterizing the assemblages of these taxa, and highlighting their unique links to the local ecosystem. Samplings were performed in May, 2014, and April, 2015, both during the rainy season. Standard sampling protocols for biodiversity inventory of the various taxa were used, including both active and passive sampling methods. In general, 114 species of hexapods were captured, with 26 species of springtails, 20 dung beetles, 30 saprophagous calyptrate flies and 38 termites, with sampling sufficiency varying from 69.5 to 96.8% of total estimated richness. Species richness of the groups are among the highest recorded for a single area of Caatinga, with some taxa being recorded for the first time for the domain. Several morphospecies had indeterminate taxonomic status, especially springtails and termites, and are quite likely new species to science. The structure of the assemblages of springtails, dung beetles, saprophagous calyptrate flies and termites recorded in SSC, suggest that this conserved area is unique within the highly impacted landscape of Caatinga, and has great potential for the conservation of biodiversity of this domain in the Northeast Region of Brazil.

Resumo: No sistema trófico baseado em detritos, os colêmbolos, besouros escarabeíneos, moscas saprófagas e térmitas atuam no consumo e fragmentação da matéria orgânica e no controle das populações de microrganismos decompositores, exercendo forte influência nos fluxos de energia e nutrientes. Um inventário faunístico desses quatro grupos de hexápodes foi realizado na Serra de Santa Catarina (SSC), uma área de Caatinga arbóreo-arbustiva localizada no Estado da Paraiba, com intuito de caracterizar as taxocenoses desses táxons, salientando as suas peculiaridades ligadas ao ecossistema local. As coletas foram realizadas em maio/2014 e abril/2015, durante o período chuvoso na região. De acordo com o táxon, foram utilizados protocolos amostrais padronizados para inventários de biodiversidade, com métodos passivos e ativos de coleta. No geral, 114 espécies de hexápodes foram capturadas, sendo 26 de colêmbolos, 20 de besouros escarabeíneos, 30 de dípteros e 38 de térmitas, com suficiência amostral variando de 69,5 a 96.8% da total estimada. A riqueza de espécies por grupo está entre as maiores para uma única área de Caatinga, com alguns táxons sendo registrados pela primeira vez para o domínio. Especialmente para os colêmbolos e térmitas, várias morfoespécies tiveram seus status taxonômicos indeterminados, havendo elevada possibilidade de serem nova para a ciência. As estruturas e funcionalidades das taxocenoses de colêmbolos, besouros escarabeíneos, moscas saprófagas e térmitas registradas na SSC, sugerem que esse ecossistema é singular, dentro de um cenário generalizado de impacto antrópico presente na Caatinga, e possui um elevado potencial para a conservação da biodiversidade desse domínio no nordeste brasileiro.

Malpighiaceae in the Raso da Catarina Ecoregion, Bahia, Brazil / Malpighiaceae na Ecorregião Raso da Catarina, Bahia, Brasil

Abstract This study presents a floristic survey of Malpighiaceae species from in the Raso da Catarina Ecoregion in the state of Bahia, Brazil. After extensive field and herbarium studies, we identified 18 genera and 32 species of Malpighiaceae in the study area: Aspicarpa harleyi W.R.Anderson, Banisteriopsis C.B.Rob. (3 spp.), Barnebya harleyi W.R.Anderson & B.Gates, Bronwenia ferruginea (Cav.) W.R.Anderson & C.C.Davis, Bunchosia pernambucana W.R.Anderson, Byrsonima Rich. ex Kunth (4 spp.), Carolus chasei (W.R.Anderson) W.R.Anderson, Diplopterys lutea (Griseb.) W.R.Anderson & C.C.Davis, Galphimia brasiliensis (L.) A.Juss., Heteropterys Kunth (5 spp.), Janusia anisandra (A.Juss.) Griseb., Mascagnia Bertero (2 spp.), Mcvaughia bahiana W.R.Anderson, Peixotoa hispidula A.Juss., Ptilochaeta Turcz. (2 spp.), Stigmaphyllon A.Juss. (3 spp.), Tetrapterys Cav. (2 spp.) and Thryallis longifolia Mart. Among the species recorded, three represent new records for the Caatinga biome, 25 are endemic to Brazil, and six are exclusive to the Caatinga. We present an identification key to all species, comments on morphology, taxonomy, distribution and phenology, besides illustrations to most species.

Resumo Este estudo apresenta o levantamento florístico das espécies de Malpighiaceae na Ecorregião Raso da Catarina, no estado da Bahia, Brasil. Após extensos estudos de campo e herbário, identificamos 18 gêneros e 32 espécies de Malpighiaceae na área de estudo: Aspicarpa harleyi W.R.Anderson, Banisteriopsis C.B.Rob. (3 spp.), Barnebya harleyi W.R.Anderson & B.Gates, Bronwenia ferruginea (Cav.) W.R.Anderson & C.C.Davis, Bunchosia pernambucana W.R.Anderson, Byrsonima Rich. ex Kunth (4 spp.), Carolus chasei (W.R.Anderson) W.R.Anderson, Diplopterys lutea (Griseb.) W.R.Anderson & C.C.Davis, Galphimia brasiliensis (L.) A.Juss., Heteropterys Kunth (5 spp.), Janusia anisandra (A.Juss.) Griseb., Mascagnia Bertero (2 spp.), Mcvaughia bahiana W.R.Anderson, Peixotoa hispidula A.Juss., Ptilochaeta Turcz. (2 spp.), Stigmaphyllon A.Juss. (3 spp.), Tetrapterys Cav. (2 spp.), e Thryallis longifolia Mart. Entre as espécies catalogadas, três são novos registros para o bioma Caatinga, 25 são endêmicas do Brasil e seis são exclusivas da Caatinga. Apresentamos chave de identificação para todas as espécies, comentários sobre morfologia, taxonomia, distribuição e fenologia, além de ilustrações para a maioria espécies.

Microhabitats occupied by Myxomycetes in the Brazilian Atlantic Forest: Heliconiaceae inflorescences / Microhabitats ocupados por Myxomycetes na Floresta Atlântica Brasileira: inflorescências de Heliconiaceae

Abstract The occurrence of Myxomycetes in Heliconia psittacorum L.f. inflorescences was researched within four conservation units located in Northeast Brazil, aiming at evaluating the occupation of this microhabitat in fragments of Atlantic Forest along an altitude between 30-750 m. Inflorescences attached to the plant were examined; dead flowers and bracts were collected to assemble moist chambers (368). Four families, four genera and 10 species were recorded. A preference was evidenced for a basic pH substrate and a predominance of calcareous species (5:1). The composition of the myxobiota in fragments pertaining to altitudes above 400 m was similar and differed significantly from the one found in fragments of lowland forests (<100 m). Physarum compressum and Arcyria cinerea are the most characteristic species of the studied myxobiota.

Resumo A ocorrência de mixomicetos em inflorescências de Heliconia psittacorum L.f. foi pesquisada em quatro unidades de conservação situadas no Nordeste do Brasil, visando avaliar a ocupação deste microhabitat em fragmentos de Floresta Atlântica, numa faixa altitudinal de 30-750 m. Foram examinadas partes mortas de inflorescências ainda presas à planta; flores e brácteas mortas foram colhidas para montagem de câmaras-úmidas (368). Foram registrados quatro famílias, quatro gêneros e 10 espécies. Evidenciou-se preferência para substrato com pH básico e predominância de espécies calcárias (5:1). A composição da mixobiota nos fragmentos de altitudes acima de 400 m foi semelhante e diferiu significativamente da encontrada nos fragmentos de florestas de terras baixas (<100 m). Physarum compressum e Arcyria cinerea são as espécies mais características da mixobiota estudada.

Tree mortality, recruitment and growth in a bamboo dominated forest fragment in southwestern Amazonia, Brazil

Forest fragmentation affects the structure and dynamics of plant communities, leading to biodiversity loss in forest remnants. In this paper we show that in a bamboo (Guadua weberbaueri Pilger) dominated forest fragment in southwestern Amazonia edge effect may be confounded by bamboo effect, which also occur inside the forest. We measured growth, mortality and, recruitment rate of trees with DBH ≥ 10 cm, in a fragment of bamboo dominated open forest in southwestern Amazonia, state of Acre, Brazil, in 15 plots at the forest edge and 15 plots inside the forest fragment, 500 m away from the border. Time interval between censuses was 1.8 years. The average diameter growth rate differed significantly between edge (3.82 ± 0.10 mm a-1) and interior (2.39 ± 0.18 mm a-1); but there were no differences in annual mortality rate (edge = 3.8 ± 2.5 % a-1 CV = 65.7%; interior = 3.6 ± 2.6% a-1 CV = 72.2%) or in annual recruitment rate (edge = 7.1 ± 3.2% a-1 CV = 45%; interior = 8.9 ± 7.9% a-1 CV = 88.7%). Diameter growth rate, particularly of pioneer and fast-growing trees, is favored by the environmental conditions of the edge, where bamboo abundance is higher. However, the absence of an edge effect on mortality and recruitment could be due to the particular dynamics of bamboo patches, which could be mimicking forest edges and therefore masking possible edge effect in this fragment. We speculate that the mortality and recruitment patterns in fragmented forests of southwestern Amazonia is different from other areas in Amazonia and that bamboo is one of the key controllers of successional processes in these fragments.

A fragmentação florestal afeta a estrutura e dinâmica das comunidades vegetais, levando a perda da biodiversidade nos remanescentes florestais. Neste trabalho nós mostramos que em um fragmento florestal dominado por bambu (Guadua weberbaueri Pilger) no sudoeste da Amazônia, o efeito de borda deve ser confundido pelo efeito efeito do bambu, que também ocorre no interior da floresta. Nós medimos as taxas de incremento diamétrico, mortalidade e recrutamento de árvores com DAP (diâmetro a altura do peito) ≥ 10 cm, em um fragmento dominado por floresta aberta com bambu no sudoeste da Amazônia, estado do Acre, Brasil, em 15 parcelas na borda da floresta e 15 a 500 m da borda no interior do fragmento florestal. O intervalo de tempo entre os censos foi de 1,8 anos. A taxa anual de incremento diamétrico médio diferiu significativamente entre borda (3,82 ± 0,10 mm a-1) e interior (2,39 ± 0,18 mm a-1); mas não houve diferenças na taxa anual de mortalidade (borda = 3.8 ± 2.5% a-1 CV = 65.7%; interior = 3.6 ± 2.6% a-1 CV = 72.2%) e na taxa anual de recrutamento (borda = 7.1 ± 3.2% a-1 CV = 45%; interior = 8.9 ± 7.9% a-1 CV = 88.7%). A taxa de incremento diamétrico, especialmente de espécies arbóreas de estágios iniciais de sucessão ecológica e crescimento rápido, é favorecida pelas condições ambientais da borda, onde a abundância de bambu é maior. Porém, a ausência de efeito de borda sobre a mortalidade e recrutamento, pode ser devido a própria dinâmica das manchas de bambu, que podem estar imitando as bordas das florestas, e portanto, mascarando o efeito de borda neste fragmento. Nós especulamos que os padrões de mortalidade e recrutamento em florestas fragmentadas no Sudoeste da Amazônia são diferentes de outras partes da bacia Amazônica e que o bambu nessas florestas é um dos principais atores controlando a sucessão florestal nesses fragmentos.

Discriminação de fitofisionomias de floresta de várzea a partir do algoritmo Iterated Conditional Modes aplicado aos dados SAR/R99 (QUAD-POL/Banda L) / Discrimination among flooded forest phytophysiognomies from Iterated Conditional Modes algorithm applied to SAR Data R99 (QUAD POL/L-Band)

Utilizando-se dados do sensor aerotransportado SAR R99, adquiridos na banda L (1,28 GHz) em amplitude e com quatro polarizações (HH, VV, HV e VH), avaliou-se a distinção de fitofisionomias de floresta de várzea existentes nas Reservas de Desenvolvimento Sustentável Amanã e Mamirauá e áreas adjacentes, com a aplicação do algoritmo Iterated Conditional Modes (ICM) de classificação polarimétrica pontual/contextual. Os resultados mostraram que o uso das distribuições multivariadas em amplitude, conjuntamente com uma banda de textura, produziu classificações de qualidade superior àquelas obtidas com dados polarimétricos uni/bivariados. Esta abordagem permitiu a obtenção de um índice Kappa de 0,8963, discriminando as três classes vegetacionais de interesse, comprovando assim o potencial dos dados do SAR R99 e do algoritmo ICM no mapeamento de florestas de várzea da Amazônia.

This study seeks to evaluate the capability of data generated by the synthetic aperture radar SAR R99 sensor to map phytophysiognomies found in the Amanã and Mamirauá Sustainable Development Reserves (RDSA and RDSM). By means of L-band (1.28 GHz), full polarimetric (HH, VV, VH, HV), amplitude data acquired with the SAR R99 sensor, distinctions among flooded forest phytophysiognomies in the RDSA and RDSM and around were achieved. The Iterated Conditional Modes (ICM) algorithm was employed to perform the local/contextual polarimetric classification of the data. Results showed that the use of multivariate distributions in amplitude with a band of texture produced classifications of superior quality in relation to those obtained with the uni/bivariate polarimetric data. This approach allowed to obtain a Kappa index of 0,8963 and the distinction of three vegetation classes of interest, demonstrating the potential of SAR R99 and the ICM algorithm to map flooded vegetation of the Amazon.

Cross-scale determinants of palm species distribution

We investigate palm species distribution, richness and abundance along the Mokoti, a seasonally-dry river of southeastern Amazon and compare it to the patterns observed at a large scale, comprising the entire Brazilian territory. A total of 694 palms belonging to 10 species were sampled at the Mokoti River basin. Although the species showed diverse distribution patterns, we found that local palm abundance, richness and tree basal area were significantly higher from the hills to the bottomlands of the study region, revealing a positive association of these measures with moisture. The analyses at the larger spatial scale also showed a strong influence of vapor pressure (a measure of moisture content of the air, in turn modulated by temperature) and seasonality in temperature: the richest regions were those where temperature and humidity were simultaneously high, and which also presented a lower degree of seasonality in temperature. These results indicate that the distribution of palms seems to be strongly associated with climatic variables, supporting the idea that, by 'putting all the eggs in one basket' (a consequence of survival depending on the preservation of a single irreplaceable bud), palms have become vulnerable to extreme environmental conditions. Hence, their distribution is concentrated in those tropical and sub-tropical regions with constant conditions of (mild to high) temperature and moisture all year round.

Investigamos a distribuição, riqueza e abundância de espécies de palmeiras ao longo do Rio Mokoti, um rio sazonalmente seco do sudoeste da Amazônia, comparando posteriormente os resultados com os padrões observados em uma escala espacial mais ampla, englobando a totalidade do território brasileiro. Um total de 694 palmeiras pertencentes a 10 espécies foi amostrado na bacia do Rio Mokoti. Apesar das espécies terem mostrado padrões de distribuição diversos, a abundância e riqueza de palmeiras, além da área basal das árvores, foram significativamente superiores nas baixadas do que nas serras da região estudada, revelando uma forte influência de umidade sobre estes parâmetros. A análise englobando a escala espacial mais ampla também mostrou uma forte influência de pressão de vapor (uma medida de umidade do ar, modulada por temperatura) e sazonalidade sobre a temperatura: as regiões cuja riqueza de palmeiras foi mais alta foram aquelas onde a temperatura e a umidade foram simultaneamente altas, e que apresentaram menor sazonalidade na temperatura. Estes resultados indicam que a distribuição de palmeiras parece estar fortemente associada a fatores climáticos, apoiando a idéia de que ao adotar uma estratégia em que "todos os ovos são colocados em uma mesma cesta" (conseqüência da sobrevivência depender da preservação de um único broto insubstituível), as palmeiras tornaram-se vulneráveis a condições ambientais extremas. Desta forma, estas têm sua distribuição concentrada naquelas regiões tropicais e subtropicais com condições constantes tanto de temperatura (amenas a altas) como de umidade ao longo do ano.