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Type: Tese
Title: Estruturação de redes de interação planta-planta em gradientes de severidade abiótico
Title in English: Structuring of plant-plant interaction networks in abiotic severity gradients
Authors: Lima, Taysla Roberta Almeida de
Advisor: Araújo, Francisca Soares de
Co-advisor: Silveira, Andréa Pereira
Martins, Fernando Roberto
Keywords: Estruturação de comunidades;Interações interespecífica planta-planta;Hipótese do Gradiente de Estresse;Redes de interações unipartidas
Issue Date: 2021
Citation: LIMA, Taysla Roberta Almeida de. Estruturação de redes de interação planta-planta em gradientes de severidade abiótico. 2021. 89 f. Tese (Doutorado em Ecologia e Recursos Naturais) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: As interações ecológicas constituem mecanismos importantes na composição e na dinâmica de comunidades. Uma comunidade é composta por espécies que interagem entre si e pode ser representada de maneira gráfica como uma rede. Através das propriedades estruturais da rede: aninhamento, modularidade e conectância, é possível detectar padrões de organização de interações, assim como, verificar como se alteram em resposta às variações de fatores ambientais. Porém, tais métricas têm sido utilizadas principalmente para detectar padrões de estruturação de comunidades entre níveis tróficos diferentes. De acordo com a Hipótese do Gradiente de Estresse (Stress‐Gradient Hypothesis: SGH), interações positivas predominam no extremo do gradiente de maior severidade, enquanto as interações negativas predominam no extremo do gradiente de menor severidade abiótica. Em ambientes com maior severidade, a facilitação é a interação positiva predominante, enquanto que em condições abióticas mais amena predomina a competição. Porém, há controvérsias sobre a generalização da SGH, mas tais controvérsias se devem principalmente ao tipo de gradiente analisado. Aplicamos métricas de redes unipartidas para verificar como variam os padrões de interações interespecíficas planta-planta em seis locais distribuídos ao longo de um gradiente altitudinal no domínio semiárido tropical brasileiro. Analisamos se as propriedades estruturais das redes de interação planta-planta: modularidade, aninhamento e conectância e a relação com variáveis climáticas e edáficas através de análises de regressão múltipla e escolha de modelo mínimo. Posteriormente, analisamos como variam as propriedades funcionais das espécies: grau, centralidade, conectividade dentro e entre módulos e hubs de módulo e de rede ao longo do gradiente. Nas áreas com menor índice de aridez (mais secos) a rede apresentou maior aninhamento, indicativo que a facilitação é o mecanismo predominante na estruturação da comunidade. Enquanto, nos locais com maior índice de aridez, mais úmidos, a estrutura da rede apresentou maior modularidade, indicativo do predomínio de interações competitivas. Aninhamento nos locais de maior estresse hídrico e modularidade em condições de maior disponibilidade hídrica confirma as previsões da SGH. Porém, se adicionarmos o componente de fertilidade do solo não confirmamos a SGH: carbono orgânico e soma de bases, nos locais mais úmido há maior teor de carbono orgânico, proporcionado pela decomposição da serapilheira devido à maior umidade, mas menor soma de bases devido à maior lixiviação do solo. Portanto, se usarmos o índice de aridez, a estruturação da rede de interações é explicada pela SGH, mas se analisarmos apenas com base nos dados de fertilidade do solo, refutamos a SGH. Baseado nisso,confirmamos que as controvérsias na literatura sobre a SGH se deve ao tipo de gradiente analisado. Considerando que em clima tropical semiárido o principal filtro abiótico é a disponibilidade de água, inclusive para solubilizar os nutrientes do solo que são absorvidos pelas plantas, nossos resultados confirmam a SGH. Além disso, verificamos que a composição e as espécies dominantes em cada rede apresentam papéis funcionais distintos à medida que fatores climáticos e edáficos alteram-se. Nas áreas de menor disponibilidade hídrica, há menor riqueza e predominam espécies generalistas, e à medida que aumenta a disponibilidade hídrica a riqueza de espécies aumenta e as espécies tendem a ser periféricas, ou seja, com nichos mais estreitos. Baseado nesses resultados, podemos inferir que a crise climática antropogênica no semiárido brasileiro, cujas previsões são de aumento na temperatura e redução de 30% na precipitação até o final do século XXI, resultará na redução da diversidade de espécies periféricas e predomínio de espécies generalistas. Em gradientes muito severos, as pesquisas têm demonstrado que o mecanismo de competição predomina nos dois extremos, com baixa riqueza e predomínio de competição nos extremos de aridez e alta riqueza e predomínio de competição no extremo de maior oferta de recurso. Como não temos climas muito úmidos no semiárido brasileiro, potencialmente, as atuais áreas mais úmidas aonde predominam a facilitação perderão espécies, as comunidades passarão a ser estruturadas por competição, com predomínio de espécies periféricas. As atuais áreas mais úmidas e estruturadas por competição se tornarão mais secas, perderão as espécies periféricas e passarão a ser estruturadas por espécies generalista, aonde predominará o mecanismo de facilitação, com nichos mais largos. Pesquisas futuras sobre os recursos florais e frutíferos que potencialmente serão perdidos, indicarão os potenciais prejuízos para os visitantes florais e frugívoros/dispersores. A tese foi estruturada em 4 capítulos: 1) Introdução/revisão teórica sobre o tema da tese; 2) A hipótese do gradiente de estresse explica as redes de interação planta-planta em um gradiente edáficoclimático? 3) Variações na função ecológica das espécies em um gradiente de recurso e 4) Síntese e conclusões gerais da tese.
Abstract: Ecological interactions are important mechanisms in the composition and dynamics of communities. A community is composed of species that interact with each other and can be graphically represented as a network. Through the structural properties of the network: nesting, modularity, and connectivity, it is possible to detect patterns of organization of interactions, as well as verify how they change in response to variations in environmental factors. However, such metrics have been used mainly to detect patterns of community structuring between different trophic levels. According to the Stress-Gradient Hypothesis: SGH, positive interactions predominate in the extreme of the gradient of greater severity, while negative interactions predominate in the extreme of the gradient of lesser abiotic severity. In more severe environments, facilitation is the predominant positive interaction, while in milder abiotic conditions, competition predominates. However, there are some controversies on the generalization of GHS, especially those regarding the type of gradient analyzed. Therefore, we applied unipartite network metrics to verify how the patterns of interspecific plant-plant interactions vary in six locations distributed along an altitudinal gradient in the Brazilian tropical semi-arid domain. We analyzed the structural properties of plant-plant interaction networks: modularity, nesting, and connectivity and the relationship with climatic and edaphic variables through multiple regression analysis and minimal model choice. We then analyzed how the functional properties of species vary: degree, centrality, connectivity within and between modules, and module and network hubs along the gradient. In areas with a lower aridity index (drier), the net showed greater nesting, indicating that facilitation is the predominant mechanism in the structuring of the community. While in places with a higher aridity index (more humid), the network structure showed greater modularity, indicative of the predominance of competitive interactions. Nesting in places of greater water stress and modularity under conditions of greater water availability confirms SGH predictions. However, if we add the soil fertility component, we do not confirm the SGH: organic carbon and bases. There is a higher organic carbon content in the wetter places, provided by litter decomposition due to higher humidity, but a lower sum of bases due to greater soil leaching. Therefore, if we use the aridity index, the structure is explained by SGH, but if we analyze only based on soil fertility data, we refute SGH. Based on this, we confirm that the controversies in the literature about SGH are due to the type of gradient analyzed. Considering that in a semi-arid tropical climate, the primary abiotic filter is water availability, even to solubilize soil nutrients thatplants absorb, our results confirm the SGH. Furthermore, we verified that each network's composition and dominant species play distinct functional roles as climatic and edaphic factors change. In areas of lower water availability, there is lesser richness, and generalist species predominate. As water availability increases, species richness increases, and species tend to be peripheral, with narrower niches. Based on these results, we can infer that the anthropogenic climate crisis in the Brazilian semi-arid region, whose forecasts are for an increase in temperature and a 30% reduction in precipitation by the end of the 21st century, will result in a reduction in the diversity of peripheral species and a predominance of generalist species. In very severe gradients, research has shown that the competition mechanism prevails at both extremes, with low richness and a predominance of competition in the extremes of aridity and high richness and a predominance of competition in the extreme with the greatest supply of resources. As we do not have very humid climates in the Brazilian semi-arid region, potentially, the current wetter areas where facilitation predominates will lose species, and communities will be structured by competition, with a predominance of peripheral species. The current wetter areas and structured by competition will become drier, will lose peripheral species, and will start to be structured by generalist species, where the facilitation mechanism will predominate, with broader niches. Future research on the flower and fruit resources that will potentially be lost will indicate the potential harm to flower visitors and frugivores/dispersers. The thesis was structured in 4 chapters: 1) Introduction/theoretical review on the theme of the thesis; 2) Does the stress gradient hypothesis explain the plant-plant interaction networks in an edaphicclimatic gradient? 3) Variations in the ecological function of species in a resource gradient and 4) Summary and general conclusions of the thesis.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/59944
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