Spatial distribution of lichen communities and air pollution mapping in a tropical city: Medellín, Colombia / Distribución espacial de las comunidades de líquenes y mapeo de la contaminación del aire en una ciudad tropical: Medellín, Colombia

Abstract Introduction: Enough scientific evidence is available on the harmful effects of air pollution on the health of human beings, fauna, flora, and ecosystems in general. The mechanical and electronical monitoring networks are the first option for the air quality diagnosis, but they do not allow a direct and precise assessment of the impacts in living organisms that may result from the exposure to air pollutants. Objective: To evaluate the changes in the composition of corticulous lichen communities as a response to various stress factors in areas with different levels of air quality to diagnose the state of pollution or intervention in an area with a more complete option. Methods: Air quality contrasts and changes in richness and coverage of corticulous lichens in response to different stress factors, such as land use and distance to roads, in three different biomonitoring areas, were evaluate using GIS, and the data are presented in an easy-to-understand grey scale coded isoline map. Results: Indicators such as lichen coverage (R= -0.4) and richness (R= -0.7) are inverse correlated with PM2.5 concentrations in each area. A total of 110 lichen species were identified, being Phaeophyscia chloantha (Ach.) Moberg and Physcia poncinsii Hue the most frequent species (present in 38 and 33 % of the 86 sampled phorophytes, respectively). The intra-area relationships of lichen richness exhibit significant relationships with regards to the land use and distance to roads (with correlations coefficients greater than 0.5) and the Simpson index was higher than 0.9, in places with better conditions in terms of air quality and microenvironments, likewise the resistance factors calculated suggest that the most sensitive species can be found in environments with a lesser degree of disturbance. Conclusion: These evaluations represent more criteria elements for the diagnosis of the environmental health in the biomonitoring areas.

Resumen Introducción: Existe suficiente evidencia científica de los efectos nocivos de la contaminación atmosférica sobre la salud de los seres humanos, fauna, flora y ecosistemas en general. La primera opción para el diagnóstico de la calidad del aire son las redes de monitoreo mecánicas o electrónicas, pero estas no permiten evaluar de forma directa y precisa el impacto en los organismos vivos como resultado de la exposición a contaminantes del aire. Objetivo: Evaluar los cambios en la composición de las comunidades de líquenes cortícolas como resultado a la exposición de factores de estrés ambiental en áreas con diferentes niveles de calidad del aire para diagnosticar el estado de contaminación o intervención en una zona de una manera más completa. Métodos: Se determinaron los contrastes y cambios en la calidad del aire, la riqueza y cobertura de líquenes cortícolas en respuesta a diferentes factores de estrés, como usos del suelo y distancia a carreteras, en tres diferentes áreas de biomonitoreo, las cuales fueron evaluadas usando GIS. Los datos se presentan en un mapa de isolíneas con códigos en escala de grises fácil de entender. Resultados: Indicadores como cobertura (R= -0.4) y riqueza (R= -0.7) de líquenes están inversamente correlacionados con las concentraciones de PM2.5 en cada área. Se identificaron un total de 110 especies de líquenes, siendo Phaeophyscia chloantha (Ach.) Moberg y Physcia poncinsii Hue las especies más frecuentes (presentes en 38 y 33 % de los 86 forófitos muestreados, respectivamente). Las relaciones intra-área de riqueza de líquenes exhiben relaciones significativas con respecto al uso del suelo y distancia a carreteras (con coeficientes de correlación mayores a 0.5) y el índice de Simpson fue mayor a 0.9, en lugares con mejores condiciones en términos de calidad del aire y microambientes. Asimismo, los factores de resistencia calculados sugieren que las especies más sensibles se pueden encontrar en ambientes con menor grado de perturbación. Conclusión: Estas evaluaciones representan más elementos de criterio para el diagnóstico de la salud ambiental en las áreas de biomonitoreo.

Lichen community structure and richness in three mid-elevation secondary forests in Costa Rica / Estructura y riqueza de la comunidad liquénica de tres bosques secundarios de elevación media en Costa Rica

Abstract Introduction: Lichen diversity, community structure, composition and species abundance have been used as indicators of the integrity and ecological continuity of tropical forest ecosystems. Objectives: To assess corticolous lichen species composition, diversity, and ecological importance of three forested stands differing in time of abandonment as indicators of how passive restoration influences the lichen community assemblage. Methods: We surveyed individual lichens on tree stems of a reference old secondary forest and a young secondary forest (50 and 14-year-old natural regeneration after pasture abandonment, respectively), and in a 35-year-old exotic cypress tree plantation, in the oriental Central Valley, in Orosí, Costa Rica. Standard diversity, similarity indexes, and the importance value index were calculated. An NMDS analysis was performed on the community structure parameters and in a presence-absence matrix. Results: We found 64 lichen species in 25 families with 42, 21, and 23 species, and 20, 10, and 15 families, in the young and old secondary forests, and the cypress plantation, respectively. Cryptothecia sp. possessed the highest importance across sites. More than 87 % of the species are rare. The combined IVI of the top three families were: 36, 48.5, and 74.8 % in the young and old forests and the Cypress plantation sites, respectively. Overall, Arthoniaceae is in the top three families. The young forest had the highest species richness, but the old forest presented the best evenness. Similarity and diversity indexes suggest a particularly low resemblance in the lichen communities but a smooth gradient differentiation between the three forests, which was confirmed by the NMDS test. The homogeneity test identified great differences in ecological importance and composition. Conclusions: This region contains a distinctive assemblage of species resulting in a strong community differentiation by site, reflecting the influence of ecophysiological and microclimatic factors that define lichen establishment and survival and suggesting a great regional beta diversity, within a fragmented landscape. Greater connectivity and passive restoration strategies resulted in greater diversity and a more heterogeneous community structure on both forests than the corticolous community of the abandoned plantation. Protection of forest fragments will maximize the integrity of future forests.

Resumen Introducción: La diversidad de líquenes, la estructura y composición de la comunidad y la abundancia de algunas especies y familias se ha usado como indicadores de la salud y continuidad ecológica de los ecosistemas boscosos tropicales. Objetivos: Evaluar la composición, diversidad e importancia ecológica de las especies de líquenes en tres ecosistemas boscosos que difieren en el tiempo regeneración natural, como indicadores de la influencia de la restauración pasiva en el ensamble de la comunidad de líquenes cortícolas. Métodos: Se midieron los líquenes individuales sobre los troncos de árboles en un bosque secundario avanzado (OF), en un bosque secundario joven (YF, con 50 y 14 años de regeneración natural tras abandono del potrero, respectivamente), y en una plantación abandonada de ciprés exótico con 35 años de edad (CP), en la región oriental del Valle Central de Costa Rica. Se calcularon los índices estándares de diversidad, similitud y valor de importancia (IVI), además de un análisis de NMDS sobre los parámetros de la estructura de la comunidad en una matriz de presencia-ausencia. Resultados: Encontramos 64 especies en 25 familias, con 42, 23 y 21 especies y 20, 10 y 15 familias en los sitios YF, CP y OF, respectivamente. Una especie de Cryptothecia sp. presentó el IVI más alto en los tres bosques. Más del 87 % de las especies son raras. El IVI combinado de las tres familias más importantes fue: 36, 48.5 y 74.8 % en los sitios: YF, OF y CP, respectivamente. Arthoniaceae está entre las tres familias más importantes en los tres sitios. El YF es el sitio con más especies, pero el sitio OF presentó la mayor igualdad. Los índices de similitud y diversidad sugieren una semejanza particularmente baja entre las comunidades liquénicas, pero separadas por una gradiente de diferenciación difusa entre los tres sitios, lo cual es confirmado por el análisis NMDS. La prueba de homogeneidad confirmó grandes diferencias en la importancia ecológica y la composición. Conclusiones: La región contiene un ensamblaje propio de especies que resulta en una fuerte diferenciación comunitaria entre bosques, reflejo de la influencia de factores ecofisiológicos y microclimáticos en el establecimiento y supervivencia de líquenes; lo que sugiere una gran diversidad beta regional, en un paisaje fragmentado. Una mayor conectividad y estrategias de restauración pasiva dieron como resultado una mayor diversidad y una estructura comunitaria más heterogénea en ambos bosques que la comunidad cortícola de la plantación exótica abandonada. La protección de fragmentos forestales maximizará la integridad de los bosques futuros.