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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Drought-resilience mechanisms in tropical Amazon forests : Mecanismos de resiliência à seca em florestas tropicais na Amazônia
Title Alternative: Mecanismos de resiliência à seca em florestas tropicais na Amazônia
Author: Brum, Mauro, 1984-
Advisor: Oliveira, Rafael Silva, 1974-
Abstract: Resumo: Cenários de mudança climática sugerem que a precipitação e os níveis de umidade do solo mudarão em muitas áreas da bacia amazônica, entretanto ainda há alta incerteza quanto à confiança nas previsões dos modelos. Nesta região, secas severas que causam um grande evento de mortalidade de árvores ocorrem frequentemente durante El-Niño (oscilação climática induzindo eventos de seca). Nesse trabalho, nosso objetivo foi compreender as estratégias de uso da água e do balanço de C que conferem maior ou menor resiliência à seca entre as espécies amazônicas. Esta tese está dividida em três capítulos (C1, C2 e C3). C1) Monitoramos o uso de água de árvores usando sensores de fluxo de seiva em uma floresta fragmentada na Tailândia, Pará. Estávamos interessados em entender os determinantes ambientais que controlam a transpiração da floresta (Tfloresta), também se esses condicionantes atuam de modo diferente durante a estação úmida (EU) versus estação seca (ES) durante um ano de El-Niño (2015). As árvores do dossel contribuíram mais para o Tfloresta do que as árvores do sub-dossel. Em geral, o uso de água pelas árvores foi muito maior durante a ES. Portanto, a floresta pode suportar a ES sem restrição de transpiração causada pela redução da umidade do solo superficial. Houve um efeito primordial do déficit de pressão de vapor (VPD) nos padrões de uso da água em relação à umidade do solo. C2) Avaliamos uma série de atributos hidráulicos estruturais e fisiológicos que determinam as estratégias de tolerância/evasão à seca entre as espécies de árvores da floresta sazonal do Tapajós, PA. Avaliamos a profundidade do enraizamento utilizando isótopos estáveis da água (delta18O e delta²H), medimos o potencial hídrico mínimo foliar na estação seca em um ano normal (2014; Psi normal) e em um ano de seca extrema (2015; PsiEl-Niño). Além disso, medimos os traços hidráulicos do xilema que descrevem a segurança do transporte de água no xilema (P50 e P88). Demonstramos que existe segregação de nicho hidrológico entre as árvores o que permite maior coexistência de espécies. Essa segregação de nicho é definida pelo tamanho das árvores, por diferenças na profundidade das raízes e pela tolerância à potenciais hídricos mais negativos. A profundidade das raízes explicou 49% da variação em P50 e 70% de P88, com maior tolerância ao baixo potencial hídrico em espécies de raízes rasas, enquanto a profundidade radicular explicou 47% e 77% da variação de Psinormal e PsiEl-Niño. C3) Avaliamos o balanço sazonal e interanual (2013-2015) de carboidratos não estruturais (CNE) em folhas, ramos, troncos e raízes de diferentes espécies de árvores com estratégias contrastantes de tolerância à seca na Floresta Nacional do Tapajós , estacional. O esgotamento total de CNE durante as estações foi raro. A concentração média mínima de açúcares solúveis (SS) e amido (ST) variaram de 5% a 80% em relação ao máximo sazonal em todos os órgãos. O ST atingiu a concentração mínima mais do que SS em termos absolutos e relativos principalmente em folhas e ramos. Houve diferenças na magnitude da concentração média e mínima de SS e ST entre os órgãos entre árvores do dossel e sub-dossel. Apesar disso, a flutuação sazonal do CNE ao longo dos anos não foi uniforme, os achados mais consistentes nesta pesquisa foram as altas respostas específicas de espécies na flutuação do CNE em diferentes órgãos. Entretanto, essa flutuação não foi impulsionada pelo déficit hídrico climático na maioria dos casos. O efeito principal dos atributos funcionais hidráulicos foi sobre o acúmulo de açúcares solúveis durante a ES do ano de El-Niño. Além disso, houve maior importância para manter um maior armazenamento ST entre as espécies tolerantes à seca que são submetidas por mais estresse hídrico no leste da Amazônia

Abstract: Climate change scenarios suggest that rainfall and soil moisture levels will change in many areas of the Amazon basin. However, still there is high uncertainty related to confidence in the modelling predictions. In this region, severe droughts frequently occur during El-Niño (ENSO; Southern Oscillation inducing drought events) which causes a large tree mortality event. Here, our objective was to understanding the tree strategies that determine drought resilience among Amazon species. This document was divided in three chapters (C1, C2, and C3). C1 - We monitored trees water use using sap flow sensors in an amazon forest at Tailandia, Para. We were interested to understanding the environmental drivers controlling tree stand transpiration (Tstand) and if these drivers exert different controls over tree transpiration during the wet season (WS) versus dry season (DS) during an ENSO year (2015/2016). The canopy trees contributed more to Tstand than subcanopy trees. Overall, trees water use was much higher during DS, thus the forest can withstand the observed DS without restriction on transpiration caused by reduced soil moisture on shallow soil. There was an overriding effect of vapour pressure deficit (VPD) on water use patterns relative to soil moisture. C2 - We evaluated a range of of structural and physiological hydraulic traits that determine the drought tolerance/avoidance strategies among tree species from seasonal Tapajós forest. We assessed rooting depth using water stable isotope ratios (delta18O and delta²H), measured the minimum dry-season leaf water potential in a normal year (2014;Psy non-ENSO) and in an extreme drought year (2015; PsyENSO). Furthermore, we measured xylem hydraulic traits that describe xylem water transport without risking hydraulic failure (P50 and P88). We demonstrate that coexisting trees are largely segregated along a single hydrological niche axis defined by tree size and root depth differences, associated to the tolerance of low water potential. The delta18O of xylem water explained 49% and 70% of the variation in P50 and P88, respectively, and explained 47% and 77% of the variation of minimum Psynon-ENSO and PsyENSO. C3 - We assessed the seasonal and year-to-year (2013-2015) balance of non-structural carbohydrates (NSC) in leaves, branches, trunks and roots among species with contrasting drought tolerance strategies in seasonal Tapajós National Forest. The seasonal depletion of total NSC was rare, the average minimum soluble sugar (SS) and starch (ST) remain between 5% to 80% of seasonal maximum among all organs. The ST reached the minimum concentration more than SS on both absolute and relative terms mainly on leaves and branches. There was differences on the magnitude of average and minimum SS and ST concentration among organs of understory and overstory trees. Despite this, the seasonal NSC fluctuation over the years was not uniform, the most consistent findings in this research was the high specie-specific responses on the NSC fluctuation in different organs. Even though, this fluctuation was not drive by climatic water deficit in the majority of cases. The main effect of functional hydraulic traits was over the soluble sugar accumulation during the DS of ENSO year. Furthermore, there was higher importance of maintain much higher average ST storage in drought-tolerant species which are submitted by more water stress in eastern Amazon
Subject: Isótopos estáveis
Cavitação
Xilema
Raízes (Botânica)
El Niño (Corrente oceânica)
Fluxo de seiva
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: BRUM, Mauro. Drought-resilience mechanisms in tropical Amazon forests: Mecanismos de resiliência à seca em florestas tropicais na Amazônia. 2018. 1 recurso online (144 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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