ISSN 0798 1015

Vol. 38 (Nº 42) Año 2017. Pág. 3

Classificação ecológica de espécies arbóreas por meio da análise da distribuição diamétrica

Ecological classification of tree species through the analysis of the diametrical distribution

Larissa Corrêa Lopes Quadros OLIVEIRA 1; Fernando Cristóvam da Silva JARDIM 2; Jaqueline Macedo GOMES 3; Edson Marcos Leal Soares RAMOS 4

Recibido: 11/04/2017 • Aprobado: 12/05/2017

Conteúdo

1. Introdução

2. Material e Métodos

3. Resultados e discussão

4. Conclusão

Referências bibliográficas

Anexos

1. Introdução

Pesquisas sobre o comportamento das espécies arbóreas são imprescindíveis para manejar a floresta de acordo com os princípios da sustentabilidade, garantindo recursos florestais para as futuras gerações, conforme preconiza o conceito de manejo sustentável na Lei Federal brasileira n° 12.651 de 2012. O artigo 3° do Decreto Federal brasileiro n° 5.975 de 2006 estabelece os fundamentos técnicos e científicos que o Plano de Manejo Florestal Sustentável deve atender, e para que isso ocorra é fundamental que se conheça a estrutura, dinâmica e as características ecofisiológicas e silviculturais das árvores presentes na floresta a ser explorada.

Para facilitar os estudos, considerando a diversidade de espécies existentes, é necessário um sistema de classificação que proporcione agrupar as espécies de características ecológicas e silviculturais semelhantes, facilitando a proposição de metodologias aplicáveis a cada agrupamento, a escolha das espécies a serem exploradas e definição do diâmetro mínimo de corte e ciclo de corte. De acordo com Vale et al. (2011), em meio às dificuldades de se analisar todas as espécies e suas funções no ambiente, agrupar as espécies quanto as suas características funcionais é fundamental para se compreender as suas relações com o local onde elas se encontram distribuídas. Ferraz et al (2004) afirmam que uma classificação facilitará modelar a dinâmica da floresta e o conhecimento pode ser aplicado diretamente na conservação, no manejo sustentado e na reabilitação de áreas degradadas.

Algumas pesquisas têm buscado agrupar as espécies em função de fatores, como formas de vidas, tipos funcionais, estratégias de vida, forma de crescimento, fixação de nitrogênio, densidade da madeira, entre outros (Cornelissen et al, 2003; Coelho, Miranda e Mitja, 2012). Entretanto, a classificação baseada na demanda por radiação solar é a mais antiga e comum (Baker, 1949; Budowski, 1965; Denslow, 1980; Hartshorn; 1980; Whitmore, 1984; Swaine e Whitmore, 1988; Kageyama e Castro, 1989; Gandolfi, Leitão Filho e Bezerra, 1995; Hawthorne, 1995; Kageyama e Gandara, 2004; Humbert et al., 2007; Duah-Gyamfi et al, 2014; Soares et al, 2016).

A maior ou menor heliofilia de uma espécie pode ser, preliminarmente, inferida da análise da distribuição diamétrica da mesma (Jones, 1955; Pires, 1981). Souza, Souza e Meira Neto (2012) afirmam que a distribuição diamétrica de uma espécie e de um grupo de espécies está em função, principalmente, das suas exigências ecofisiológicas, e que estas influenciam os regimes de manejo e os tratamentos silviculturais. De acordo com Jardim (2015):

Se uma espécie apresenta distribuição diamétrica na forma exponencial negativa isso indica que, em relação à luz, essa espécie não tem restrições no processo de regeneração natural, ou seja, o recrutamento de plântulas é regular e constante, compensado pela mortalidade. Espécies com essa característica ecológica são classificadas como tolerantes à sombra, isto é, regeneram e crescem no ambiente de luz difusa do interior da floresta. Se uma espécie apresenta descontinuidades na sua distribuição diamétrica ou mesmo ausência de indivíduos nas classes de DAP inferiores, isso reflete problemas na regeneração natural, muitas vezes devido à dependência de luz para germinação das sementes. Essas espécies são chamadas intolerantes à sombra ou à luz difusa. Espécies cuja distribuição diamétrica têm forma intermediária entre esses dois extremos são chamadas oportunistas ou intermediárias, podendo ser de grandes ou pequenas clareiras, conforme demandem mais ou menos luz para se estabelecerem.

Analisar a distribuição diamétrica das espécies arbóreas fornece informações importantes sobre o comportamento da floresta que são essenciais para as práticas de silvicultura e manejo florestal. Nesse contexto, a pesquisa tem como pergunta: É possível detectar grupos ecológicos a partir da análise da distribuição diamétrica? Para responder à pergunta foi testada a seguinte hipótese: se a distribuição diamétrica classifica as espécies em grupos ecológicos, então a classificação poderá ser comprovada estatisticamente. Com isso, o objetivo da pesquisa foi avaliar a formação de grupos ecológicos com base na distribuição diamétrica.

2.1. Área de estudo

A área de coleta de dados localiza-se no Campo Experimental da Embrapa Amazônia Oriental, Km 30 da Rodovia PA 150, no município de Moju, Pará, situado entre as latitudes 2°07’30”S e 2°12’06”S e longitudes 48°46’57”W e 48°48’30”W do meridiano de Greenwich. A área possui 1.059 ha, na qual foram explorados seletivamente 200 ha.

O clima da região é do tipo Am (clima quente e úmido), segundo a classificação de Köppen, com temperaturas médias mensais oscilando entre 21ºC e 33ºC e a média anual é em torno de 26ºC. A precipitação pluviométrica anual varia de 2.000 a 3.000 mm, distribuída irregularmente. A umidade relativa do ar está em torno de 85% (Silva et al., 2001). O relevo é plano, com pequenas ondulações. Predomina na área o Latossolo Amarelo distrófico com diferentes texturas ocorrendo também solos Podzólicos Vermelhos-Amarelos, Glei Pouco Úmico e Plintossolo. A tipologia da área experimental é Floresta Ombrófila Densa de terra firme (Silva et al., 2001).

2.2. Coleta de dados

Dentro da Estação Experimental da Embrapa, foi selecionada uma área de 200 ha, a qual sofreu exploração florestal seletiva em 1997, através de uma parceria entre a Embrapa e a empresa madeireira Perachi. Nessa área foram selecionadas nove clareiras provenientes da exploração, em torno das quais foi realizada a marcação das parcelas amostrais do projeto “Avaliação da dinâmica florestal após exploração madeireira seletiva”.

Em cada uma das nove clareiras selecionadas foram instaladas faixas de 10m x 50m, começando na bordadura da clareira para dentro da floresta, nas direções norte, sul, leste e oeste, portanto, quatro faixas por clareira. Dentro dessas parcelas foram inventariadas árvores com DAP ≥ 5 cm, consideradas da população adulta.

No início do estudo os espécimes desconhecidos foram identificados por nomes vulgares e tiveram material vegetativo coletado para a determinação a partir da comparação nos Herbários IAN da Embrapa Amazônia Oriental e do Museu Emílio Goeldi. O sistema de classificação botânica utilizado foi o de “Angiosperm Phylogeny Group” (APG III, 2009) e a nomenclatura botânica conferida com o banco de dados eletrônico disponibilizado pelo Missouri Botanical Garden (Mobot, 2016).

As medições foram iniciadas em 1998 e finalizaram em 2007. Para a análise será utilizada a última medição.

2.3. Análise dos dados

2.3.1. Grupos ecológicos

Para a pesquisa utilizou-se como critério de classificação das espécies em grupos ecológicos o mesmo utilizado por Jardim et al (1996), Araújo (2011) e descrito por Jardim (2015), em que se considera o agrupamento ecológico com base na análise da distribuição diamétrica (Tabela 1).

Tabela 1. Forma e amplitude da distribuição diamétrica, de acordo com Jardim (2015).

Dessa forma, foram estabelecidos três grupos ecológicos: Espécies tolerantes à sombra (T): distribuição diamétrica contínua e decrescente (J-invertido); espécies intolerantes à sombra (I): distribuição diamétrica descontínua, com ausência de indivíduos nas classes diamétricas de tamanhos menores; espécies intermediárias (In): qualquer espécie que não seja considerada nos grupos anteriores.

A distribuição diamétrica das espécies arbóreas foi analisada a partir do DAP ≥ 5 cm para cada espécie com classe diamétrica com amplitude de 10 cm de diâmetro, conforme Instrução Normativa Brasileira n° 05 de 2006 do Ministério do Meio Ambiente (Tabela 2).

Tabela 2. Classes de diâmetro para distribuição diamétrica de espécies
arbóreas com DAP ≥ 5cm, em floresta manejada na Estação Experimental
da Embrapa Amazônia Oriental em Moju-Pará.

2.3.2. Análise discriminante 

Após a classificação dos grupos ecológicos baseados na distribuição diamétrica foi aplicada a análise discriminante para verificar a pertinência dos grupos formados e determinar funções que permitissem classificar as espécies dentro dos grupos ecológicos para os quais apresentam maior probabilidade de pertencerem, bem como verificar a precisão da classificação. Neste caso foi utilizado um procedimento Stepwise conhecido como método do lambda de Wilks para selecionar as variáveis independentes, que são as classes diamétricas, conforme a seguinte equação:

;

Em que: SQ_dg é a soma dos erros (dentro dos grupos) e SQ_T: soma dos quadrados total.

Após selecionar a primeira variável para a análise, esta foi pareada com as demais, uma vez de cada, para selecionar a segunda melhor variável discriminante. Após a definição das variáveis discriminantes procedeu-se a determinação das funções discriminantes importantes na análise das contribuições dessas variáveis. Para a determinação dos coeficientes de classificação da função discriminante linear de Fisher utilizou-se a equação:

;

Em que:  Zn: variável dependente; Α: intercepto; Xn: variáveis explicativas; Βn: coeficientes discriminantes para cada variável explicativa.

Com a determinação das funções discriminantes de Fisher foi possível separar ou discriminar os grupos ecológicos (tolerante, intolerante e intermediária), tornando-se viável a classificação de novos indivíduos, em um dos grupos determinados.

Foi utilizado o pacote estatístico SPSS 20, em que se aplicou a técnica estatística multivariada Análise Discriminante.

Fez-se a análise de 90 espécies arbóreas, totalizando 59 gêneros e 28 famílias. Após a análise da distribuição de indivíduos por classe de diâmetro foi possível classificar as espécies tolerantes, intolerantes e intermediárias (figuras 2, 3, 4, 5 e 6 do anexo). Verificou-se que os grupos das tolerantes e intermediárias foram os mais expressivos em número de espécies, com o mesmo número de indivíduos (45,55%), seguido do grupo das intolerantes (8,9%) (tabela 1 do anexo).

Ressalta-se que os dados analisados foram coletados 12 anos após exploração florestal seletiva e as clareiras maiores, consequentemente, já estão fechadas, existindo apenas as clareiras naturais. Com isso, era esperado que as espécies tolerantes e intermediárias fossem mais abundantes na floresta.

Esse resultado é consequência das espécies tolerantes não dependerem das clareiras para germinar suas sementes, que explica a sua forma contínua e decrescente da distribuição de tamanhos de suas populações. Espécies intolerantes, que também podem produzir sementes com regularidade, apresentam distribuição descontínua por depender da formação de clareiras para germinar suas sementes. Espécies intermediárias, que não apresentam padrões típicos de distribuição de tamanho e alternam entre as características de um ou de outro grupo ecológico, podendo ser de pequenas e grandes clareiras. As distribuições de tamanhos intermediários entre os dois extremos poderiam mostrar-se de forma contínua, mas não decrescente.

Whitmore (1989) sugeriu que em florestas tropicais onde predominam clareiras pequenas, espécies tolerantes à sombra seriam mais abundantes do que as intolerantes, compondo todas as fases sucessionais do mosaico florestal. Resultado semelhante foi encontrado por Tabarelli e Mantovani (1997), ao estudarem duas florestas no sudeste do Brasil, em que verificaram que as clareiras naturais apresentaram padrão comum de colonização, caracterizado pela dominância de indivíduos e espécies tolerantes à sombra, principalmente aquelas de sub-bosque. Oliveira et al (2005), ao estudarem as mudanças ocorridas na composição florística e na diversidade de espécies em uma área na Floresta Nacional do Tapajós, após 22 anos de intervenção, constataram que as espécies tolerantes são mais abundantes que as intolerantes, apesar das espécies pioneiras terem se beneficiado da abertura do dossel gerando um aumento no número de indivíduos.

Após a obtenção dos grupos, procedeu-se a Análise Discriminante. Determinaram-se os valores de Lambda de Wilks (λ), F e a significância obtida para cada variável, permitindo interpretar a real capacidade de discriminação das classes diamétricas na formação dos grupos (Tabela 3). O nível de probabilidade de F utilizado foi de 95%.

Tabela 3. Resultado do teste de igualdade de Médias dos grupos

A determinação das variáveis com alto poder de discriminação na formação dos grupos é feita comparando-se os menores valores de Lambda de Wilks (λ) e a significância estatística dos maiores valores de F (Santos, 2014). Observa-se que a classe diamétrica 7 apresentou o maior valor de F (29,343), e consequentemente, menor valor de lambda de Wilks (0,597), sendo essa a primeira variável a entrar na análise pelo procedimento stepwise.  Mesmo sabendo que a classe diamétrica 2 não apresentou boas propriedades discriminantes, optou-se por mantê-la na análise, por considerá-la importante no processo de classificação. Após a definição das variáveis discriminantes, procedeu-se a determinação das funções discriminantes Lineares de Fisher. Como há somente três grupos (Intermediária; Tolerante e Intolerante), duas funções discriminantes foram definidas para representar 100% da variância total. Na tabela 4 são apresentados os autovalores, porcentagem da variância e correlação canônica dessas funções, os quais testam a capacidade relativa na separação dos grupos.

Tabela 4. Autovalor (componentes principais), Percentual de Variância
e Correlação Canônica da Função Discriminante.

A primeira função discriminante contribui com 80,3% do total de variância entre os grupos e a segunda com 19,7%. A correlação canônica foi de 0,83 para a primeira função e 0,60 para segunda função. Quanto mais próximos de 1 forem estes valores, mais forte é a correlação entre os escores discriminantes e os grupos formados. Desta forma, as duas funções discriminantes geradas se mostraram necessárias para explicar 100% da variância total.

De acordo com os resultados da classificação da função discriminante linear de Fisher, foram encontrados os coeficientes para cada uma das três funções discriminantes (tabela 5). Os valores foram relacionados às classes diamétricas das árvores, para a definição do grupo a que pertence, conforme a função discriminante. Com os resultados obtidos, pôde-se então, afirmar, a qual grupo (Intermediária; Tolerante e Intolerante) pertence cada espécie. De acordo com Hair et al. (2005), neste método de classificação, os valores de uma observação para as variáveis independentes são inseridos nas funções de classificação e um escore de classificação para cada grupo é calculado para aquela observação. A observação é então classificada no grupo com maior escore de classificação. Dessa forma, cada espécie foi classificada no grupo em que o escore discriminante foi maior.

Tabela 5. Coeficientes de Classificação da Função Discriminante Linear de Fisher.

De acordo com a análise discriminante, 92,22% das espécies foram corretamente classificadas, sendo que o grupo das tolerantes atingiu a porcentagem de acerto de 90,2%; o grupo das intermediárias 92,7% e o grupo das intolerantes 100% (tabela 6). Logo, esta seria a classificação recomendável na formação dos três grupos ecológicos, levando-se em conta a variável analisada (classes diamétricas). Ressalta-se que o comportamento das espécies arbóreas varia de acordo com a localidade, portanto, outros estudos são necessários com essas espécies em diferentes locais para aprimorar a classificação.

Tabela 6. Quantidade e Percentual de Observações Classificadas.

Resultado semelhante foi encontrado por Lima, Aparicio e Silva (2014) que obtiveram 96,76% de acerto ao classificar as espécies de várzea em grupos ecológicos utilizando técnicas de análise multivariada, e por Santos et al (2004), que obtiveram 92,86% ao classificar 37 espécies arbóreas em uma Floresta Estacional Semidecidual Secundária de Transição.

Com a aplicação da análise discriminante, observou-se que sete espécies não correspondem à classificação proposta por Jardim (2015), sendo necessário reclassificar 7,3% das espécies intermediárias para o grupo das tolerantes (Pouteria gongrijpii, Manilkara paraenses, Lecythis pisonis e Sacoglottis amazônica) e 9,8% das espécies tolerantes para o grupo das intermediárias (Protium paraense, Parkia gigantocarpa e Clarisia racemosa).

Estudos classificaram as espécies Pouteria gongrijpii, Manilkara paraenses, Lecythis pisonis e Sacoglottis amazônica como tolerantes (Carvalho et al, 2006; Pinheiro et al, 2007; Reis et al 2013; Carrero et al, 2014) e Protium paraense, Parkia gigantocarpa e Clarisia racemosa como intermediárias (Santos, Camargo, e Ferraz, 2008; Silva, 2004; Santos, 2008; Gualberto et al, 2014; Reis et al, 2014). Esse resultado em comparação aos estudos dos autores supracitados ratifica a reclassificação da Análise Discriminante, evidenciando a sua aplicação juntamente com a análise da distribuição diamétrica para obter melhores resultados.

Para obter um resultado definitivo e com menos subjetividade é imprescindível a análise da distribuição em diâmetro associada a fatores intra e interespecíficos. Entretanto, para facilitar os estudos, comprovou-se que a distribuição diamétrica é uma variável que proporciona à espécie externalizar como esta se comporta diante de vários fatores que influenciam a sua dinâmica e a sua relação com o ambiente, podendo ser utilizada para classificar as espécies em grupos ecológicos.

A aplicação de técnicas estatísticas multivariadas, como a Análise Discriminante, mostrou-se prática e indispensável para auxiliar na correta classificação das espécies, subsidiando as decisões referentes à exploração e posterior recuperação florestal.

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Tabela 1 - Lista das espécies arbóreas com DAP ≥ 5 cm por grupos ecológicos
em uma floresta tropical de terra firme localizada em Moju, Pará.
G.E.: grupos ecológicos; G.E.2: grupos ecológicos após análise discriminante;
T: espécies tolerantes; I: espécies intolerantes; IN: espécies intermediárias.

Figura 1- Distribuição diamétrica das espécies presentes em uma floresta manejada na Estação Experimental da Embrapa Amazônia Oriental em Moju-Pará. (famílias anacardiaceae, annonaceae, apocynaceae, bignoniaceae, boraginaceae, burseraceae e cardiopteraceae). * Espécies que mudaram de grupo ecológico após análise discriminante.

Figura 2- Distribuição diamétrica das espécies presentes em uma floresta manejada na Estação Experimental da Embrapa Amazônia Oriental em Moju-Pará. (famílias caryocaraceae, chrysobalanaceae, clusiaceae, dichapetalaceae, ebenaceae, elaeocarpaceae, fabaceae). * Espécies que mudaram de grupo ecológico após análise discriminante.

Figura 3- Distribuição diamétrica das espécies presentes em uma floresta manejada na Estação Experimental da Embrapa Amazônia Oriental em Moju-Pará. (famílias fabaceae, goupiaceae, humiriaceae, lauraceae e lecythidaceae ). * Espécies que mudaram de grupo ecológico após análise discriminante.

Figura 4 - Distribuição diamétrica das espécies presentes em uma floresta manejada na Estação Experimental da Embrapa Amazônia Oriental em Moju-Pará. (famílias lecythidaceae, malvaceae, moraceae, myristicaceae, nyctaginaceae, olacaceae e sapotaceae). * Espécies que mudaram de grupo ecológico após análise discriminante.

Figura 5- Distribuição diamétrica das espécies presentes em uma floresta manejada na Estação Experimental da Embrapa Amazônia Oriental em Moju-Pará. (famílias sapotaceae, simarubaceae, urticaceae, violaceae e vochysiaceae). * Espécies que mudaram de grupo ecológico após análise discriminante.

1. Engenheira Florestal, Doutoranda em Ciências Florestais pela Universidade Federal Rural da Amazônia, Belém-PA, Brasil. Email: larissaclquadros@gmail.com

2. Engenheiro Florestal, Doutor em Ciências Florestais. Professor da Universidade Federal da Amazônia, Belém-PA, Brasil.

3. Engenheira Florestal, Doutoranda em Ciências Florestais pela Universidade Federal Rural da Amazônia, Belém-PA, Brasil.

4. Bacharel em Estatística, Doutor em Engenharia de Produção. Professor da Universidade Federal do Pará, Belém-PA, Brasil.