Restauração florestal como processo multidimensional: variação espacial da estrutura e efeitos de traços funcionais ao longo de 17 anos

dc.contributor.advisor1Souza, Andrea Lúcia Teixeira de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5216112068627151
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-8715-0591
dc.contributor.authorNakasato, Marcus Vinicius
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/0626499191472864
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-2210-9491
dc.contributor.refereePenha, Alessandra dos Santos
dc.contributor.refereeGiordano, Fabio
dc.contributor.refereeToniato, Maria Teresa Zugliani
dc.contributor.refereeEngel, Vera Lex
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/9799774247477252
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/6505262412076987
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7441862733635025
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/4161151442533491
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0003-3192-1593
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-6384-9867
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-8691-6778
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-5806-2544
dc.date.accessioned2026-09-30T13:32:52Z
dc.date.issued2026-09-22
dc.description.abstractForest restoration should be understood as a long-term process of ecological reorganization in which vegetation components and species respond at different rates to environmental changes following intervention. This thesis evaluated the development of a restoring tropical forest over 17 years around the reservoir of the Anhanguera Small Hydroelectric Power Plant in northeastern São Paulo State, Brazil. The restoration covered 70.33 ha and was established in 2008 with approximately 156,000 seedlings of 105 native tree species. The study was based on annual monitoring of 56 permanent 100 m² plots between 2008 and 2025 and, at the end of the period, comparison with 16 plots located in a local forest remnant. The thesis was based on the premise that time since planting alone does not adequately represent forest recovery because ecosystem development depends on temporal changes, spatial variation in environmental conditions, and functional differences among species. The first chapter investigated trajectories of aboveground dry tree biomass, canopy height, tree density, and vertical forest stratification. Gompertz models were used to describe and compare the trajectories of biomass, canopy height, and stratification, whereas density was analyzed directly because its dynamics were not compatible with a simple sigmoidal curve. Results showed strong asynchrony among structural components. Stratification reached its maximum rate of increase at approximately 1.2 years, followed by canopy height, with maximum growth at about 2.5 years. Biomass increased more gradually and reached its maximum increment at approximately 10.4 years. Mean biomass increased from 0.04 Mg/ha at the beginning of monitoring to 230.18 Mg/ha in year 17, accompanied by a marked increase in variation among plots. Density declined after planting because of initial mortality and later increased through the recruitment of naturally regenerating individuals, reaching 4,425 individuals/ha in 2025. At the end of monitoring, 54.9% of all individuals were recruits, although they accounted for only about 1% of total biomass, indicating that biomass accumulation remained concentrated in surviving planted trees. Spatial variation became progressively more evident during forest development, particularly for biomass. In year 17, a structural equation model showed that understory light intensity was positively associated with biomass and canopy height, whereas soil moisture was positively associated with biomass, density, and stratification. Light and moisture were negatively correlated, revealing a local environmental gradient associated with the structural organization of the forest. Because these variables were measured only at the end of the monitoring period, the relationships were interpreted as spatial associations describing the final state of the forest rather than as causal evidence for trajectories accumulated over 17 years. Comparison with the local remnant indicated partial structural convergence: stratification had reached values similar to the reference forest, but biomass corresponded to approximately 75% of that observed in the remnant, canopy height remained about 1 m lower, and density represented approximately 63% of the reference value. Thus, different attributes indicated distinct stages of recovery within the same forest. The second chapter examined whether functional traits measured at the seedling stage could anticipate differences in species performance over nearly two decades. A total of 1,161 individuals belonging to 32 tree species were followed. Specific leaf area, stem specific density, leaf and root mass fractions, and seed mass were summarized into three functional axes that explained 80.14% of total trait variation. The first axis mainly represented a gradient of biomass allocation between roots and leaves; the second was associated with stem specific density and seed mass; and the third was dominated by specific leaf area. Discrete-time hazard models were used to investigate annual mortality, and a structural equation model assessed direct and indirect effects of functional dimensions on biomass in the first and seventeenth years. At the end of monitoring, 871 individuals remained alive, corresponding to 75% of the initial cohort. Mortality risk followed a nonlinear trajectory, with a first peak between years 1 and 2, a prolonged period of lower mortality, and a second increase between years 13 and 15. Local plot biomass and the root-leaf allocation axis were not detectably associated with annual mortality risk. The axis dominated by specific leaf area was associated with a 35.4% reduction in mortality risk per unit increase, with no evidence that this relationship changed through time. In contrast, the axis related to stem specific density and seed mass showed a time-varying association: species with higher scores had greater mortality risk during part of the early and intermediate periods but lower risk during a later stage of forest development. For biomass, both the root-leaf allocation axis and the specific-leaf-area-dominated axis were positively associated with biomass in the first year. Initial biomass was the main predictor of biomass in year 17, and the specific-leaf-area-dominated axis also had a direct effect on final biomass. Therefore, differences established shortly after planting persisted for many years, but functional traits did not influence growth and mortality in the same way. Together, the two chapters demonstrate that restoration followed a multidimensional trajectory characterized by structural asynchrony, increasing spatial variation, and interspecific responses that depended on the performance component and, in some cases, on the stage of forest development. The results do not support a simple opposition between acquisitive and conservative strategies and do not allow the late increase in mortality to be attributed to a single environmental filter. From an applied perspective, restoration assessments should integrate multiple structural indicators, local environmental conditions, and complementary functional dimensions, using long-term monitoring to guide adaptive decisions. After 17 years, the forest shows a consolidated vertical structure, active natural recruitment, and substantial biomass accumulation, but it still differs from the local forest remnant and leaves open questions regarding functional replacement of planted species. Restoration therefore remains an ecological process under construction, in which growth, survival, recruitment, and functionality advance at different rates.eng
dc.description.resumoA restauração florestal deve ser compreendida como um processo de reorganização ecológica de longa duração, no qual componentes da vegetação e espécies respondem em ritmos distintos às mudanças ambientais após a intervenção. Esta tese avaliou durante 17 anos o desenvolvimento de uma floresta tropical em restauração implantada em 2008 no entorno do reservatório da Pequena Central Hidrelétrica Anhanguera, no nordeste do estado de São Paulo. A restauração ocupou 70,33 ha e foi estabelecida com aproximadamente 156 mil mudas de 105 espécies arbóreas nativas. O estudo baseou-se no monitoramento anual de 56 parcelas permanentes de 100 m², entre 2008 e 2025, e na comparação, ao final do período, com 16 parcelas de um remanescente florestal local. A tese partiu da premissa de que a idade desde o plantio, isoladamente, não representa adequadamente a recuperação florestal, pois o desenvolvimento do ecossistema depende de mudanças temporais, variação espacial nas condições ambientais e diferenças funcionais entre espécies. O primeiro capítulo investigou as trajetórias da biomassa arbórea seca acima do solo, altura do dossel, densidade de indivíduos e estratificação vertical. Todas as árvores acima de um metro dentro de cada parcela foram identificadas a nível de espécie e medidas a altura e o diâmetro, e monitoradas individualmente. Modelos de Gompertz foram utilizados para descrever e comparar as trajetórias da biomassa, do dossel e da estratificação em altura, enquanto a densidade foi analisada diretamente por apresentar dinâmica não compatível com uma curva sigmoidal simples. Os resultados mostraram forte assincronia entre os componentes estruturais. A estratificação apresentou seu maior incremento em torno de 1,2 ano, seguida pela altura do dossel, com crescimento máximo próximo de 2,5 anos. A biomassa aumentou mais gradualmente, atingindo seu maior incremento aproximadamente aos 10,4 anos. A biomassa média passou de 0,04 Mg/ha para 230,18 Mg/ha no ano 17, acompanhada por aumento expressivo da variação entre parcelas. A densidade diminuiu após o plantio devido à mortalidade inicial e voltou a crescer com a entrada de regenerantes, alcançando 4.425 indivíduos/ha em 2025. Ao final do monitoramento, 54,9% dos indivíduos eram regenerantes, embora contribuíssem com apenas cerca de 1% da biomassa total, indicando que o acúmulo de biomassa permanecia concentrado nas árvores plantadas sobreviventes. A variação espacial tornou-se progressivamente mais evidente, sobretudo para a biomassa. No ano 17, um modelo de equações estruturais mostrou que a biomassa e a altura do dossel foram positivamente associadas à intensidade luminosa no sub-bosque, enquanto a biomassa, densidade e estratificação foram positivamente associadas à umidade do solo. Luz e umidade apresentaram correlação negativa, evidenciando um gradiente ambiental local relacionado à organização estrutural da floresta. Como essas variáveis foram medidas somente ao final do monitoramento, as relações foram interpretadas como associações espaciais do estado final, e não como evidência causal das trajetórias dos 17 anos. A comparação com o remanescente revelou convergência estrutural parcial: a estratificação apresentou valores semelhantes aos da referência, mas a biomassa correspondeu a aproximadamente 75% da observada no remanescente, a altura do dossel permaneceu cerca de 1 m menor e a densidade representou aproximadamente 63% da referência. Assim, diferentes componentes da estrutura da floresta indicaram estágios distintos de recuperação dentro da mesma floresta. O segundo capítulo examinou se traços funcionais medidos na fase de muda poderiam antecipar diferenças de desempenho entre espécies ao longo de quase duas décadas. Foram acompanhados 1.161 indivíduos de 32 espécies. Área foliar específica, densidade específica do caule, frações de massa foliar e radicular e massa de sementes foram sintetizadas em três eixos funcionais, que explicaram 80,14% da variação dos traços. O primeiro eixo representou principalmente um gradiente de alocação entre raízes e folhas; o segundo foi associado à densidade específica do caule e à massa das sementes; e o terceiro foi dominado pela área foliar específica. Modelos de risco em tempo discreto avaliaram o risco de mortalidade ao longo do tempo, e um modelo de equações estruturais avaliou efeitos diretos e indiretos das dimensões funcionais sobre a biomassa no primeiro e no décimo sétimo ano. Ao final, 871 indivíduos permaneciam vivos, correspondendo a 75% da coorte inicial. O risco de mortalidade apresentou trajetória não linear, com um primeiro pico entre os anos 1 e 2, seguido por um período prolongado de menor mortalidade e novo aumento entre os anos 13 e 15. A biomassa local das parcelas e o eixo de alocação entre raízes e folhas não apresentaram associação detectável com o risco anual. O eixo dominado pela área foliar específica esteve associado a uma redução de 35,4% no risco de mortalidade por unidade do eixo, sem evidência de mudança temporal. Já o eixo relacionado à densidade do caule e à massa de sementes apresentou associação variável no tempo: espécies com valores mais altos tiveram maior risco em parte dos anos iniciais e intermediários, mas menor risco de mortalidade em uma fase mais tardia. Para a biomassa, os eixos de alocação raiz-folha e de área foliar específica estiveram positivamente associados à biomassa no primeiro ano. A biomassa inicial foi o principal preditor da biomassa no ano 17, e o eixo dominado pela área foliar específica também apresentou efeito direto sobre a biomassa final. Portanto, diferenças de biomassa entre espécies logo após o plantio puderam persistir por muitos anos, mas os traços não influenciaram crescimento e mortalidade da mesma maneira. Em conjunto, os capítulos demonstram que a restauração seguiu uma trajetória multidimensional, marcada por assincronia estrutural, aumento da variação espacial e respostas interespecíficas dependentes do componente de desempenho e, em alguns casos, da fase de desenvolvimento. Os resultados não sustentam uma oposição simples entre estratégias aquisitivas e conservativas, nem permitem atribuir o aumento tardio da mortalidade a um único filtro ambiental. Do ponto de vista aplicado, avaliações de restauração devem integrar múltiplos indicadores estruturais, condições ambientais locais e dimensões funcionais complementares, utilizando o monitoramento de longo prazo para orientar decisões adaptativas. Após 17 anos, a floresta apresenta estrutura vertical consolidada, recrutamento natural ativo e elevado acúmulo de biomassa, mas ainda mantém diferenças em relação ao remanescente local e questões abertas sobre a substituição funcional das espécies plantadas. A restauração permanece, portanto, como um processo ecológico em construção, no qual crescimento, sobrevivência, recrutamento e funcionalidade avançam em ritmos diferentes.por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.identifier.citationNAKASATO, Marcus Vinicius. Restauração florestal como processo multidimensional: variação espacial da estrutura e efeitos de traços funcionais ao longo de 17 anos. 2026. Tese (Doutorado em Ciências Ambientais) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.14289/24769.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24769
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Biológicas e da Saúde - CCBS
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciências Ambientais - PPGCAm
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectRestauração de floresta tropicalpor
dc.subjectMonitoramento de longo prazopor
dc.subjectParcelas permanentespor
dc.subjectEstrutura florestalpor
dc.subject.cnpqCIENCIAS AGRARIAS::RECURSOS FLORESTAIS E ENGENHARIA FLORESTAL
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.subject.ods8. Trabalho Decente e Crescimento Econômico
dc.subject.ods11. Cidades e Comunidades Sustentáveis
dc.subject.ods13. Ação contra a Mudança Global do Clima
dc.subject.ods15. Vida Terrestre
dc.titleRestauração florestal como processo multidimensional: variação espacial da estrutura e efeitos de traços funcionais ao longo de 17 anospor
dc.title.alternativeForest restoration as a multidimensional process: spatial variation in structure and effects of functional traits over 17 yearseng
dc.typeTese

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