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Universidade Federal Do Paraná UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SANTIAGO JOSÉ ELÍAS VELAZCO O CERRADO ALÉM DAS FRONTEIRAS: PADRÕES DE DIVERSIDADE E AMEAÇAS PRESENTES E FUTURAS À SUA FLORA NA BOLÍVIA, BRASIL E PARAGUAI CURITIBA 2018 SANTIAGO JOSÉ ELÍAS VELAZCO O CERRADO ALÉM DAS FRONTEIRAS: PADRÕES DE DIVERSIDADE E AMEAÇAS PRESENTES E FUTURAS À SUA FLORA NA BOLÍVIA, BRASIL E PARAGUAI Tese apresentada ao Curso de Pós- Graduação em Engenharia Florestal do Setor de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Paraná, como requisito à obtenção do grau e título de Doutor em Ciências Florestais. Orientador: Dr. Franklin Galvão Coorientador: Dr. Paulo De Marco Júnior Coorientador: Dr. Fabricio Villalobos CURTIBA 2018 &' () * +,- / +0 13 04 6 -3( ") * +,-&' 8 (9%#:8 #;<88 / 8= 8 >?3@ 8= 8 = *A 8= 8 & BC= D3 () E ( 0F? 4@ 0, 8= (%$"%G"9%#:8 H 4@ 34@ I '8 #8 -3898 8G8 8J840 8<8 34@ 8$8B8K8?3@ ( >8KK8 *A ( 8KKK8 & ( 8 K&8 3 ( ) E 8&8B- 8 == $GJ8! = $GJ8%8#:98GC:D !"##$% As minhas avós Ana Scholz e Graciolinda Almeida DEDICO AGRADECIMENTOS A meus orientadores Franklin Galvão, Paulo De Marco Jr e Fabricio Villalobos, por me ensinarem tanto, não só com suas explicações, mas também por serem exemplos de pessoas e de cientistas. Ao professor Franklin, por ter confiando em mim e por seu constante apoio e estímulo. Ao professor Paulo, por abrir as portas do seu populoso e receptivo laboratório, pelas muitas conversas e risadas acompanhadas com pães de queijo, bolachas e cafés. Obrigado pela tua imensa humanidade. Ao TheMetaLand e todos os seus integrantes, por sua parceria, amizade e os ótimos momentos em Goiás. A meus amigos Pablo Hoffmann, Marilia Borgo e Marcelo Bosco Pinto que tantas vezes me buscaram no tubo Ferrari, acolherar nas suas casas e cuidaram de mim em Campo Largo. A meus tios Dario y Malena por terem presenteado este computador que tantas análises e modelos criou. Ao John Wood, por revisar a lista de espécies do Cerrado. À Marcia Cristina Mendes Marques, Kelly Geronazzo Martins, Marilia Borgo, Paulo De Marco Júnior e Ana Paula Dalla Corte, por lerem este trabalho, seus questionamentos e recomendações. A minha amda Natalia Alejandra Bedrij, pelo estímulo, ajuda e amor em todos esses anos. Ao R Core Team e todos as pessoas que trabalham de forma coletiva nos pacotes, sem vocês dificilmente teria alcançado os objetivos desta tese. À Universidade Federal do Paraná e a o programa de Pós-graduação em Engenharia Florestal, por me oferecer a oportunidade de me aperfeiçoar. Ao programa de Pós-graduação em Ecologia e Evolução da Universidade Federal de Goiás, por me permitir participar das disciplinas que tanto me serviram. Ao Instituto de Biologia Subtropical, por me deixar ocupar um espaço para trabalhar nos últimos meses da minha tese. À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela bolsa concedida. Ao povo Brasileiro que me acolheu sempre de braços abertos dos quais nunca me desprenderei. RESUMO No primeiro capítulo " Using worldwide edaphic data to model plant species niches: an assessment at a continental extent ", foi abordado as seguintes questões principais: (i) Qual é a influência de distintas variáveis preditoras (por exemplo, climática vs. edáfica) em diferentes algoritmos empregados em modelos de nicho ecológico (ENM´s, em inglês)? (ii) Qual é a relação entre o desempenho de diferentes preditores e as características geográficas das espécies? Utilizou-se 125 espécies de plantas distribuídas na região Neotropical para explorar o efeito de usar dados edáficos disponíveis no banco de dados SoilGrids e sua combinação com dados climáticos do CHELSA. Além disso, essas diferentes variáveis foram relacionadas com as características geográficas das espécies e diferentes algoritmos. O uso de diferentes preditores (climáticos, edáficos e ambos) afetou significativamente o desempenho do modelo e a complexidade espacial das previsões. Foi demostrado que o uso simultâneo de variáveis climáticas e edáficas geram ENM´s com acurácia similar ou melhor que as construídas apenas com variáveis climáticas. Além disso, o desempenho de modelos que consideram essas diferentes variáveis preditoras, separadamente ou em conjunto, teve uma relação com as propriedades geográficas das ocorrências das espécies, como o número e a amplitude de distribuição. A grande extensão geográfica, a variabilidade dos ambientes e as características geográficas das diferentes espécies consideradas permitiram demonstrar que os dados edáficos globais agregam informações úteis para ENM´s da planta. Isto é particularmente valioso para estudos de espécies que ocorrem em regiões onde informações mais detalhadas sobre propriedades do solo são pobres ou não existem. No segundo capítulo "Looking beyond borders: patterns of richness and rarity of the Cerrado flora and its transboundary conservation opportunities", foi estuado a flora do Cerrado de forma transfronteiriça para (i) prever padrões de riqueza e raridade de espécies para Bolívia, Brasil e Paraguai, (ii) estudar a concentração de espécies raras a nível global e regional, e (iii) avaliar áreas que apresentam oportunidades e conflitos para conservar a riqueza e a raridade do Cerrado nas três nações. Foi utilizado sete técnicas de modelagem de nicho ecológico para modelar 1559 espécies de plantas do Cerrado. Definimos cenários de oportunidade e conflito para a conservação com base na relação entre o grau de alteração da paisagem e a riqueza e concentração da raridade global e local. A maior concentração de riqueza de espécies e raridade global são encontradas na parte central da ecorregião do Cerrado no Brasil. A Bolívia é o segundo país com maior riqueza e raridade, principalmente associado ao Cerrado e à Floresta Seca Chiquitana. No Paraguai, a riqueza e a raridade estavam concentradas na parte norte do Chaco Úmido e Chaco Seco. Oportunidades e conflitos de conservação foram diferentes para cada país devido à interação entre a diversidade e os padrões de uso da terra. Na medida do nosso conhecimento, esta é a primeira tentativa de descrever a diversidade vegetal do bioma Cerrado além dos limites políticos brasileiros. Apesar de grande parte da flora do Cerrado estar concentrada no Brasil, este país também possui a maior proporção de seu território em um cenário de conflito onde a maior alteração de paisagem ocorre em áreas com maior diversidade. No entanto, foram encontradas grandes oportunidades de conservação na Bolívia e no Paraguai, porque a riqueza e a raridade de espécies preditas estendem-se em áreas com baixo grau de alteração, tornando-os países importantes para conservar a flora do Cerrado. O terceiro capítulo "A dark scenario for Cerrado plant species, effects of future climate, land use and inefficiency of protected areas" teve como objetivo (i) avaliar o efeito da mudança climática e do uso da terra na distribuição das espécies de plantas do Cerrado para diferentes países onde ocorre, (ii) avaliar a eficiência da atual rede de áreas protegidas para salvaguardar espécies sob diferentes emissões de gases de efeito estufa e uso da terra, e (iii) estimar o grau de ameaça de espécies causada pela eficiência de proteção e perda de habitat. Foi mostrado que as mudanças climáticas e a mudança do uso da terra poderiam causar grandes danos à flora do Cerrado até 2050 e 2080, mesmo em condições otimistas. Infelizmente, a maior intensidade e expansão do uso da terra ocorrerá nas regiões onde a maior riqueza será abrigada. A conservação das espécies será seriamente afetada, uma vez que a rede de áreas protegidas não é tão eficiente para protegê-las em condições atuais ou futuras. O baixo nível de proteção, junto às perdas causadas pelo avanço da fronteira agrícola levará a que a maioria das espécies seja altamente ameaçada. As estratégias de conservação do Cerrado devem ser implementadas tanto a nível nacional e como transfronteiriço devido a que o clima e os efeitos do uso da terra foram diferentes em cada país. Palavra-chave: Modelos de distribuição espécies. Mudanças climáticas. Padrões de riqueza. Perda de hábitat. Raridade. Variáveis edáficas ABSTRACT Cerrado beyond borders: diversity patterns and current and future threats it its flora in Bolivia, Brazil and Paraguay. Abstract: In the first chapter “Using worldwide edaphic data to model plant species niches: an assessment at a continental extent” we address the following main questions: What is the influence of distinct predictor variables (e.g. climatic vs edaphic) on different ENM algorithms? and what is the relationship between the performance of different predictors and geographic characteristics of species? We used 125 plant species distributed over the Neotropical region to explore the effect on ENMs of using edaphic data available from the SoilGrids database and its combination with climatic data from the CHELSA database. In addition, we related these different predictor variables to geographic characteristics of the target species and different ENM algorithms. The use of different predictors (climatic, edaphic, and both) significantly affected model performance and spatial complexity of the predictions. We showed that the use of global edaphic plus climatic variables generates ENMs with similar or better accuracy compared to those constructed only with climate variables. Moreover, the performance of models considering these different predictors, separately or jointly, was related to geographic properties of species records, such as number and distribution range. The large
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