Antunes, Alexandre Ferraro, 1989, Appezzato-da-Gloria, Beatriz, 1962, Fidelis, Alessandra, 1978, Scremin-Dias, Edna, Hayashi, Adriana Hissae, Oliveira, Rafael Silva, Mayer, Juliana Lischka Sampaio, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Biologia, Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal, and UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Orientadores: Beatriz Appezzato da Glória, Alessandra Tomaselli Fidelis Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: Distúrbios são importantes preditores de ecossistemas campestres e savânicos, a exemplo do Cerrado, e geralmente levam à perda da biomassa aérea fotossintetizante. A principal estratégia para a regeneração desses ecossistemas após distúrbios baseia-se no rebrotamento por meio de bancos de gemas viáveis associados a órgãos subterrâneos gemíferos de espécies nativas. Entretanto, apesar desses ecossistemas apresentarem alta resiliência aos distúrbios endógenos, são extremamente sensíveis aos distúrbios antrópicos que comprometam a capacidade de rebrotamento. Dessa forma, neste trabalho visamos entender como a dinâmica do banco de gemas e das estruturas subterrâneas gemíferas é afetada por distúrbios antrópicos e pela sazonalidade climática do Cerrado. Também buscamos descrever os mecanismos que propiciaram o rebrotamento de espécies nativas em uma área de Cerrado em regeneração. O estudo foi desenvolvido na Estação Ecológica de Santa Bárbara (EEcSB). A Estação apresenta áreas com plantações de Pinus elliottii Engelm. datadas da década de 1960-70, além de áreas com fragmentos de Cerrado natural, e áreas de Cerrado em regeneração. Foram plotadas parcelas nas áreas de Cerrado natural e nas plantações de P. elliottii. As coletas foram realizadas tanto na estação chuvosa (Fevereiro/2017, Capítulo I e II) e na seca (Julho/2017, Capítulo II). Também foram coletadas quatro espécies que mais rebrotavam em uma área de Cerrado em regeneração (Capítulo III). No Capítulo I, buscamos elucidar quais foram os efeitos do cultivo de P. elliottii por quase 50 anos estabelecido em áreas anteriormente de Cerrado, na densidade do banco de gemas e de órgãos subterrâneos gemíferos, e comparar com áreas de Cerrado natural. Foi possível constatar que a presença das árvores exóticas diminuiu severamente a densidade do banco de gemas e dos órgãos subterrâneos gemíferos. Além disso, a exclusão do fogo também pode ter contribuído para a substituição de espécies de ambientes abertos e tolerantes ao fogo, como gramíneas C4, por espécies tolerantes à sombra. Como consequência, a resiliência de todo o sistema foi afetada, ou seja, sem que haja intervenções ativas de restauração, o sistema não irá retornar ao seu estado pré-distúrbio. No Capítulo II, visamos entender quais os efeitos da sazonalidade climática na dinâmica do banco de gemas e na densidade das estruturas subterrâneas gemíferas do Cerrado. Pudemos constatar que a dinâmica do banco de gemas é afetada pela flutuação climática. Há uma maior densidade de gemas nos órgãos subterrâneos gemíferos na estação chuvosa, pois há produção de novas gemas, as quais irão se desenvolver em novos ramos aéreos. Na estação seca ocorre uma redução substancial na biomassa aérea, podendo levar as gemas remanescentes a um estado de dormência. As densidades de xilopódios e de rizomas lenhosos não foram afetadas pela sazonalidade, ao contrário à dos rizomas não lenhosos, a qual diminuiu significativamente da estação chuvosa para a seca. Por fim, no Capítulo III, analisamos quais foram os atributos estruturais e compostos de reserva relacionados ao mecanismo de rebrotamento de quatro espécies ocorrentes em uma área de Cerrado em regeneração, após a remoção de um plantio de P. elliottii e posterior tratamento da área com fogo. As espécies apresentaram órgãos subterrâneos gemíferos altamente lignificados e com a capacidade de armazenar substâncias de reserva, principalmente amido, em células do parênquima vascular. Todas as espécies possuem banco de gemas subterrâneo composto por gemas axilares concentradas principalmente nos primeiros cinco centímetros abaixo do nível do solo. Os atributos relacionados ao desenvolvimento das gemas, assim como o tamanho do banco de gemas subterrâneo e os recursos de armazenamento de reserva foram essenciais no restabelecimento dessas espécies após a remoção das plantações de P. elliottii. Os resultados apresentados nesta tese são os primeiros a evidenciar o efeito da supressão causada por atividades antrópicas na densidade do banco de gemas em áreas de Cerrado, bem como o efeito da sazonalidade climática na dinâmica do banco de gemas. Dessa forma, visamos salientar a importância da conservação de ecossistemas savânicos, principalmente da camada herbácea nativa desses ambientes, pois nela estão as principais fontes de restauração após distúrbios, além de acrescentar dados às discussões sobre a manutenção e restauração desses ecossistemas Abstract: Disturbances are important predictors of savannas and grassy ecosystems, such as the Cerrado, and generally lead to photosynthetic aerial biomass loss. The main strategy for the regeneration of these ecosystems after disturbances is based on resprouting ability of viable bud banks occurring in belowground bud-bearing organs of native species. However, although these ecosystems have high resilience to endogenous disturbances, they are extremely fragile to human-induced disturbances that compromise the resprouting ability. Thus, this study aimed to understand how bud bank and belowground bud-bearing organs dynamics are affected by human-induced disturbances, as well as by the seasonality of the Cerrado. We also aimed to describe the mechanisms that enabled native species to resprout in a regenerating Cerrado area. This study was carried out at the Santa Barbara Ecological Station (SBES). The Station displays areas with Pinus elliottii Engelm. plantations dated from the 1960-70s, in addition to areas with fragments of natural Cerrado, and areas of Cerrado under regeneration. Plots were established in areas of natural Cerrado and P. elliottii plantations. Samplings were carried out in both rainy (February/2017, Chapter I and II) and dry (July/2017, Chapter II) seasons. In addition, four species with high resprouting rates were sampled in a regenerating Cerrado area (Chapter III). In Chapter I, we aimed to elucidate the effects of long-term P. elliottii plantations establishment in former Cerrado areas in both bud bank and belowground bud-bearing organs densities, comparing to natural Cerrado areas. We verified that the presence of the alien trees severely reduced the density of the bud bank and belowground bud-bearing organs. In addition, fire exclusion may also have contributed to the replacement of fire-tolerant species from open physiognomies, such as C4 grasses, to shade-tolerant species. As a consequence, the resilience of the entire system has been affected, and without active restoration interventions, the system will not return to its pre-disturbed state. In Chapter II, we aimed to understand the effects of seasonality on bud bank dynamics and belowground bud-bearing structures density from Cerrado areas. We verified that bud bank dynamics is affected by climate fluctuation. There is a higher density of buds in belowground bud-bearing organs in the rainy season, because new shoots are produced, as well as new buds. There is a higher density of buds in belowground bud-bearing organs during the rainy season, because new buds are produced, which will develop into new shoots. During the dry season, the aboveground biomass is reduced, which may lead the remaining buds to a dormancy state. Xylopodia and woody rhizomes densities were not affected by seasonality, unlike that of non-woody rhizomes, which decreased significantly from the rainy to the dry season. Finally, in Chapter III, we analyzed the structural features and storage compounds related to the resprouting ability of four species occurring in a Cerrado area under regeneration, after the removal of a P. elliottii plantation and subsequent fire treatment of the area. Species presented highly lignified belowground bud-bearing organs, which accumulate storage compounds, such as water and starch, in their vascular parenchyma cells. All species have belowground bud bank composed of axillary buds concentrated mainly in the first five cm below ground level. Attributes related to buds development, as well as belowground bud bank size, and resourcing of reserve storage, were essential to the reestablishment of these species after the removal of P. elliottii plantation. The results presented in this thesis are the first to show the effect of the suppression caused by human-induced activities to the bud bank density in Cerrado areas, as well as the effect of seasonality on bud bank dynamics. Thus, we emphasize the importance of savanna and grassy ecosystems conservation, especially of their native herbaceous layer, since it holds the main sources of natural regeneration after disturbances, in addition to adding data to the discussions about these ecosystems maintenance and restoration Doutorado Biologia Vegetal Doutor em Biologia Vegetal CAPES 001 CNPQ 142505/2019-6 FAPESP 2018/18887-5