Banco de semillas de relaves mineros como indicador de recuperación de vegetación en Mariana, Brasil / Seed bank of mining tailings as indicator of vegetation regeneration in Mariana, Brazil

Resumen Introducción: El banco de semillas en el suelo es uno de los indicadores ecológicos más importantes para la evaluación y monitoreo de recuperación de ecosistemas degradados. Así mismo, actualmente indicadores ecológicos de restauración son usados en áreas afectadas por la ruptura de la represa de relaves de Fundão en Mariana, Minas Gerais, Brasil. Objetivo: En este estudio se evaluó la variación de la riqueza, composición de especies, densidad y parámetros fitosociológicos del banco de semillas en dos profundidades de relaves mineros en Mariana, municipio de Mariana, Minas Gerais, Brasil. Métodos: Se recolectaron 15 muestras por nivel de profundidad, en la capa superior (Profundidad1, P1 = 0-2.5 cm) y capa inferior (Profundidad2, P2 = 2.5-5.0 cm) del relave de minería para examinar el banco de semillas viable, que luego se colocó en un invernadero para la germinación. Posteriormente se contaron e identificaron semanalmente todos los individuos de cada especie durante un período de seis meses. Resultados: Se demostró que existe un banco de semillas en las capas superficiales de relaves mineros acumulados en las áreas afectadas de Mariana, con una marcada diferencia entre profundidades en términos de riqueza de especies y densidad de individuos. Se observó una mayor riqueza y número de individuos en P1, (1 165 semillas germinadas), pertenecientes a 18 familias y 47 especies, en comparación a P2 (197 individuos), pertenecientes a 12 familias y 23 especies. El banco de semillas de la capa P1 está influenciado por la lluvia de semillas del bosque cercano. Por otro lado, el banco de semillas de P2, puede ser característico de los relaves mineros. Conclusiones: El banco de semillas estudiado puede tener efectos positivos sobre la recuperación en el área de estudio, debido a la alta proporción de especies nativas, pioneras y anemocóricas típicas de etapas iniciales de sucesión secundaria.

Abstract Introduction: The soil seed bank is one of the most important ecological indicators for evaluating and monitoring the resilience of degraded ecosystems. Likewise, ecological restoration indicators are currently used in areas affected by the rupture of the Fundão tailings dam in Mariana, Minas Gerais, Brazil. Objective: To evaluate the seed bank at two depths of areas affected by mining tailings, Mariana municipality, Minas Gerais, Brazil. Methods: 15 samples (40 × 40 cm) were collected per level of depth, in the upper layer (Depth1, P1 = 0-2.5 cm), and lower layer (Depth2, P2 = 2.5-5.0 cm) of the mining tailings to survey the viable seed bank, which was later placed in a greenhouse for germination and seedling identification. The samples were placed in plastic trays to germinate in the nursery, then counted and identified weekly for six months. Results: The results showed that there is a seed bank in the surface layers of accumulated mining tailings in the affected areas of Mariana, with a marked difference between depths in terms of species richness and density of individuals. Higher species richness and number of individuals were observed in P1, (1 165 germinated seeds), belonging to 18 families and 47 species, in comparison to P2 (197 individuals), belonging to 12 families and 23 species. Probably the seed bank of layer P1 is influenced by the rain of seeds from the nearby forest. On the other hand, the P2 seed bank can be characteristic of mining tailings. Conclusions: Seed bank patterns can have positive effects on forest resilience at the local-scale, due to the high proportion of native, pioneer and anemochorical species of early successional stages.

Diversidad y estructura de la comunidad de briófitos asociada con el helecho Asplenium auritum (Aspleniaceae) en un fragmento del bosque atlántico brasileño

Introducción: Los filtros ambientales locales ejercen influencia en la diversidad y en la estructura de las comunidades de briófitas, pero existen pocos estudios que analicen cómo las relaciones bióticas influyen en estas comunidades. Objetivo: Evaluar la influencia de la cobertura del helecho Asplenium auritum sobre los cambios en la riqueza de especies y la composición de las comunidades briófitos, en un bosque remanente semideciduo en Minas Gerais, Brasil. Métodos: Seleccionamos un transecto de 300 m en cada una de las seis áreas donde A. auritum estaba presente. En cada transecto, estimamos la cubierta vegetal en 39 parcelas de 10 × 10 cm distribuidas al azar. Comparamos la riqueza estimada de especies y la composición de briófitos entre los niveles de cobertura del helecho. Resultados: Encontramos 60 especies en 35 géneros y 23 familias. Las formas de vida más representativas fueron las de tipo trama y estera. Los diferentes niveles de cobertura del helecho no mostraron efecto significativosobre la riqueza de especies y la composición de las comunidades de briófitos. Conclusiones: La cobertura de briófitos parece favorecer el desarrollo del helecho, podría promover la coexistencia de varias especies de briófitos y podría predecir variaciones en la riqueza de especies e impulsar el ensamble de especies en esta comunidad.

Introduction: Local environmental filters have shown the influence on the bryophyte diversity and structure communities, but there are limited studies that analyze how biotic relationships filters influence these communities. Objective: To evaluate whether the influence of fern Asplenium auritum cover determine changes in species richness and composition of bryophyte communities, in a semideciduous remnant forest, Minas Gerais, Brazil. Methods: We selected one transect of 300 m in each of six areas where Asplenium auritum was present. In all transect we estimated plant cover in 39 10 × 10 cm plots randomly distributed. We compare the estimated species richness and composition of bryophyte between fern coverage levels. Results: We found 60 species in 35 genera and 23 families. Weft and mat were the most represented life-forms. Fern cover had no significant effect on bryophyte species richness and composition. Conclusions: Bryophyte cover appears to improve fern development and promote the coexistence of several bryophyte species. Bryophyte cover probably predicts variations in species richness and drives the species assemblage in this community.

Diversidad y formas de vida de una comunidad leñosa-herbácea en los complejos rocosos de cuarcita del Quadrilátero Ferrífero brasileño

Aunque los campos rupestres son afloramientos rocosos icónicos con un alto valor biogeográfico en las tierras altas de Brasil, se sabe poco sobre los modeladores responsables de los patrones de comunidades vegetales. Estudiamos la diversidad y las formas de vida de los componentes leñosos y herbáceos que se encuentran a lo largo de diferentes fitofísionomías de los complejos rocosos de cuarcita en las tierras altas del Quadrilátero Ferrífero brasileño, Estado de Minas Gerais, Brasil. Se realizaron un total de 130 parcelas en tres fitofisionomías a lo largo del gradiente pedogeomorfológico: i) campo rupestre herbáceo; ii) estratos superior e inferior del bosque montano (capão florestal) y iii) matorral. En general, se muestrearon 4 446 individuos, distribuidos en 218 especies, especialmente de familias: Asteraceae y Myrtaceae en la comunidad de leñosas; y Poaceae y Cyperaceae, en la comunidad herbácea. La diversidad de especies, las formas de vida y la abundancia mostraron marcadas diferencias entre las fitofisionomías. La forma de vida más frecuente fue la fanerófita (bosque de montaña y matorral), seguida de hemicriptófita (campo rupestre herbáceo). Nuestro estudio revela diferencias marcadas de la composición florística, la riqueza y el espectro de las formas de vida entre fitofisionomías en los complejos rocosos a escala local. Tales diferencias probablemente indican que existe una alta heterogeneidad ambiental en pequeñas escalas espaciales.

Although campos rupestres are iconic rock outcrops with a high biogeographic value in Brazilian highlands, little is known about the drivers responsible for the plant community pattern. We studied the diversity and life forms of the woody and herbaceous components occurring along different phytophysiognomies of the quartzite rocky complexes in highlands of the Quadrangle, Minas Gerais State, Brazil. A total of 130 plots were allocated in three phytophysiognomies along the pedogeomorphological gradient: i) herbaceous campo rupestre; ii) upper and lower strata of montane forest (capão florestal) and iii) scrub. Overall, 4 446 individuals were sampled, distributed among 218 species, especially from families: Asteraceae, in general; Myrtaceae, in the woody community; and Poaceae and Cyperaceae, in the herbaceous community. Species diversity, life forms, and abundance showed differences between phytophysiognomies. The most frequent life form was phanerophyte (montane forest and scrub), followed by hemicryptophyte (herbaceous campo rupestre). Our study reveals marked differences in the floristic composition, species richness, and life form spectrum among phytophysiognomies on a local scale. Such differences probably indicate that there is a high environmental heterogeneity at a small spatial scale.

Phylogenetic structure is determined by patch size in rock outcrop vegetation on an inselberg in the northern Amazon region / Estrutura filogenética é determinada pelo tamanho de manchas de vegetação sobre afloramento rochoso em um inselberg na região norte da Amazônia

Although inselbergs from around the world are iconic ecosystems, little is known on the underlying mechanisms of community assembly, especially in their characteristic patchy outcrop vegetation. Environmental constraints are expected to cause phylogenetic clustering when ecological niches are conserved within evolutionary lineages. We tested whether vegetation patches from rock outcrops of the Piedra La Tortuga Natural Monument, in the northern Amazon region, are phylogenetically clustered, indicating that environmental filtering is the dominant driver of community assemblage therein. We classified all patches according to their size as very small (< 1 m2), small (1-4 m2), medium-sized (4-8 m2), and large patches (8-15 m2). From each class, we randomly selected 10 patches, totalizing 40 patches covering 226 m2. All individuals found in the 40 isolated patches were identified to the species level. We also correlated measurements of phylogenetic community structure with patch size. We found that species from patches are restricted to the clades monocots, fabids, malvids, and lamiids. We conclude that vegetation in this rock outcrop is phylogenetically clustered. Furthermore, we found that phylogenetic turnover between pairs of patches increases with patch size, which is consistent with a scenario of higher environmental stress in smaller patches. Further research is necessary to identify nurse species in inselberg vegetation, which is pivotal for conservation and restoration of this particular ecosystem.

Ainda que os inselbergs ao redor do mundo sejam ecossistemas icônicos, pouco se sabe sobre os mecanismos subjacentes que estruturam suas comunidades vegetais, especialmente nas manchas de vegetação sobre afloramentos rochosos. Espera-se que as restrições ambientais causem agrupamento filogenético quando os nichos ecológicos são conservados dentro das linhagens evolutivas. Nós testamos se as manchas de vegetação dos afloramentos rochosos do Monumento Natural Piedra La Tortuga, no norte da região amazônica, apresentam indicadores filogenéticos de que a filtragem ambiental é o principal direcionador da estruturação da comunidade. Classificamos todas as manchas de acordo com seu tamanho como muito pequenas (<1 m2), pequenas (1-4 m2), médias (4-8 m2) e grandes (8-15 m2). Selecionamos aleatoriamente 10 manchas em cada classe de tamanho, totalizando 40 manchas cobrindo 226 m2. Todos os indivíduos encontrados nas 40 manchas foram identificados ao nível de espécie. Correlacionamos as medidas da estrutura filogenética da comunidade com o tamanho das manchas e encontramos que as espécies das manchas são restritas aos clados das monocotiledôneas, fabídeas, malvídeas e lamiídeas. Concluímos que a vegetação neste afloramento rochoso é agrupada filogeneticamente. Além disso, encontramos que o turnover filogenético entre pares de manchas aumenta com o tamanho da mancha, o que é consistente com um cenário de alto estresse ambiental nas manchas menores. São necessárias mais pesquisas para identificar espécies facilitadoras, que são fundamentais para a conservação e restauração destes ecossistemas.

Relación especie-área y distribución de la abundancia de especies en una comunidad vegetal de un inselberg tropical: efecto del tamaño de los parches / Species-area relation and species abundance distribution in a plant community on a tropical inselberg: effect of patch size

Resumen Aunque los inselbergs son afloramientos rocosos icónicos con un alto valor biogeográfico, poco se conoce sobre los mecanismos responsables de la estructuración de comunidades vegetales. El objetivo de esta investigación fue evaluar cómo el tamaño de los parches de vegetación influye en la relación especie-área y distribución de la abundancia de especies de una comunidad en un inselberg del Monumento Natural "Piedra La Tortuga", región Guayana, Venezuela. Por este motivo, se establecieron tres preguntas de investigación: ¿Cuál es el efecto del tamaño de los parches sobre la riqueza de especies? ¿Qué tipo de modelo especie-área (SAR) presenta mejor ajuste en esos parches de vegetación? ¿Cómo es la distribución de las abundancias de las especies (SADs) es inducida por el tamaño de los parches? Se realizó un muestreo aleatorio estratificado en parches que oscilaron entre 0.34 y 14.8 m2, totalizando 40 unidades muestrales (226 m2). Todos los individuos encontrados en los 40 parches fueron identificados a nivel de especie. La composición florística en las diferentes muestras estuvo representada por 19 familias, 22 géneros y 24 especies, de las cuales 50 % son endémicas de inselbergs y dos están amenazadas de extinción. Se identificaron dos grupos de tamaños de parches (grandes 8-15 m2 y pequeños ≤ 7.9 m2) en relación a la abundancia y composición de especies, con diferencias significativas entre los grupos. Las curvas de acumulación de especies para cada grupo de tamaño de parche muestran una tendencia contrastante con marcadas diferencias en la riqueza observada entre los grupos de tamaños de parches. Las curvas de los modelos SADs tuvieron un ajuste significativo de la serie geométrica en las dos categorías de parches. El modelo SAR de la función potencia presentó los mejores ajustes especie-área, donde el aumento del área de los parches explicó un 82 % de la variación en el aumento del número de especies. Los resultados de este estudio demuestran por primera vez como el tamaño de los parches de vegetación de un inselberg tropical tiene una fuerte influencia sobre la riqueza, distribución de la abundancia y composición de especies. Así mismo, se determinó que el modelo geométrico SAD presentó el mejor ajuste en la comunidad en función del tamaño de los parches como un indicador de recursos, donde la abundancia de una especie puede ser equivalente a una proporción del espacio ocupado. También se presume que los cambios de tamaño de los parches, podría estar asociado con la disponibilidad de nutrientes y agua, como ha sido demostrado en otros ambientes de tierras secas. En algunos estudios se ha argumentado que la variación en la composición de especies entre los perfiles de vegetación de inselbergs tropicales está condicionada principalmente por la estructura del hábitat y el déficit hídrico. Sin embargo, no se había discutido cómo el tamaño de los parches de vegetación tiene un efecto en la riqueza. Los análisis SADs y SAR pueden proporcionar explicaciones complementarias sobre la estructuración de comunidades vegetales en inselbergs.

Abstract Although inselbergs are iconic rock outcrops with a high biogeographic value, little is known about drivers responsible for the plant community assembly. The aim of this research was to evaluate how the patch size distribution of vegetation influences the species-area relationship and species abundance distribution of a community in an inselberg of the "Piedra La Tortuga" Natural Monument of the Guayana region, Venezuela. In this context, three research questions were established: What is the effect of patch size on species richness? What species-area model (SAR) has the best fit in those vegetation patches? How is the distribution of species abundances (SADs) induced by the patch size distribution? A stratified random sampling was performed in patches ranging from 0.34 to 14.8 m2, totaling 40 sampling units (226 m2). All individuals found in the 40 patches were identified at species level. The floristic composition in the different samples was represented by 19 families, 22 genera and 24 species, of which 50 % are endemic to inselbergs and two, are threatened of extinction. Two groups of patch sizes were identified (large 8-15 m2 and small ≤ 7.9 m2) in relation to the abundance and composition of species. The species accumulation curves for each patch size group show a contrasting tendency with marked differences in the observed richness among patch size groups. The curves of the SADs models had a significant adjustment of the geometric series in the two categories of patches. The SAR model of the power function presented the best species-area adjustments, where the increase in patch area accounted for 82 % of the variation in the increase in the number of species. The results of this study demonstrate for the first time how vegetation patches of a tropical inselberg have a strong influence on richness, abundance distribution and species composition. Likewise, it was determined that the SAD geometric model presented the best fit in the community as a function of patch size as a resource indicator, where the abundance of a species can be equivalent to a proportion of the space occupied. It is also presumed that changes in patch sizes could be associated with nutrient and water availability, as has been demonstrated in other dryland environments. In some studies it has been argued that variation in species composition among vegetation profiles of tropical inselbergs is mainly conditioned by habitat structure and water deficit. However, it had not been discussed how the size of patches of vegetation has an effect on richness. SADs and SAR analyzes can provide complementary explanations on community assembly in inselbergs. Rev. Biol. Trop. 66(2): 937-951. Epub 2018 June 01.