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Ecologia

Como as florestas enfrentam as mudanças do clima

Compreender os mecanismos por trás da resiliência das árvores e identificar onde a recuperação de florestas é mais produtiva podem nortear ações de mitigação

Floresta Nacional do Tapajós: as folhas novas da maçaranduba, amareladas, nascem no final da estação seca

Rafael Oliveira / Unicamp

Em fevereiro deste ano, pesquisadores do Brasil e da Alemanha publicaram artigo mostrando que a resiliência das florestas tem relação com a sazonalidade a que estão sujeitas: as árvores são mais resistentes nos locais em que a chuva é mais incerta. Essa propriedade parece ter relação com uma combinação de fatores que têm como protagonistas as próprias árvores e seus mecanismos hidráulicos, responsáveis pelo transporte eficiente de água pelo interior de seus troncos, de acordo com estudo publicado na edição de agosto da revista New Phytologist.

“Até pouco tempo atrás, pensava-se que o clima era o principal determinante da resiliência dos ecossistemas, que seriam, por sua vez, menos resistentes do que imaginamos hoje”, conta o biólogo Rafael Oliveira, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “Temos visto que são sistemas extremamente dinâmicos e, apesar de o clima ter um impacto importante no seu funcionamento, são as propriedades inerentes às árvores que as fazem resistir.” Segundo o pesquisador, coordenador do trabalho, fatores ambientais – tanto do campo da biologia como climáticos – ao longo do tempo selecionaram características para cada tipo de ambiente, dando origem à diversidade genética e funcional que se vê hoje nos ecossistemas.

Rafael Oliveira / UnicampCaminho na Floresta Nacional do Caxiuanã: troncos altos exigem eficiência hidráulica para levar água das raízes ao topoRafael Oliveira / Unicamp

Para compreender a interação dos mecanismos hidráulicos com as variações climáticas, os pesquisadores estudaram 30 espécies de árvores em duas áreas do Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA), cooperação científica internacional que investiga as interações entre a floresta amazônica e as condições atmosféricas e climáticas em escala regional e global. Uma delas está localizada em uma região úmida, a Reserva Biológica Cuieras, perto de Manaus, capital do Amazonas. A outra, a Floresta Nacional do Tapajós, na Amazônia oriental, é mais seca e com variabilidade interanual de chuvas acentuada, o que significa que em alguns anos chove muito e, em outros, pouco. “Se olhamos a Amazônia em imagens de satélite, ela parece ser uma grande floresta homogênea, ainda que sob climas diferentes. Olhando mais de perto, o que há são diferentes florestas, com composições diversas de espécies”, enfatiza Oliveira.

Até agora, trabalhos pioneiros em ecologia funcional – que estuda características com impacto no desempenho das plantas – analisaram aspectos das folhas, da madeira e de outras estruturas mais visíveis das árvores. Descobriu-se, por exemplo, que folhas mais espessas, com maior massa por unidade de área, tendem a uma longevidade maior; por outro lado, têm capacidade fotossintética e produtividade de carbono baixas.

No trabalho atual, examinou-se os mecanismos hidráulicos, que também integram as características funcionais das plantas. Dentro dos troncos das árvores, canais (ou vasos de xilema) levam água das raízes às folhas. Isso ocorre sem gasto de energia graças a propriedades físicas: uma sucção causada pelos estômatos (poros através dos quais os gases entram e saem das plantas, e por onde sai vapor d’água) abertos faz com que a coluna de água suba dezenas de metros, percorrendo toda a árvore. A tensão criada não pode ser forte demais sob o risco de o ar entrar pelos vasos condutores e impedir a planta de transportar água. O fenômeno é chamado de embolismo, o acúmulo de bolhas de ar na tubulação que vai do solo até as folhas.

Esse processo já estava descrito. A novidade foi adicionar essa propriedade ao estudo do funcionamento das árvores diante das variabilidades climáticas. Para isso, os pesquisadores testaram o comportamento de ramos de árvores expostas a condições diversas de clima em uma câmara de Scholander, dispositivo usado para calcular o potencial hídrico dos vegetais, como é chamado o déficit de água que ocorre em determinadas circunstâncias. Enquanto os ramos cortados secam dentro da câmara, um dispositivo calcula quanto de água permanece no xilema e o que entra de ar. O experimento foi repetido com várias espécies, principalmente as dominantes, como maçaranduba, breu, itaúba e quarubarana, que representam pelo menos 50% da área coberta por árvores nas regiões estudadas.

A floresta do Tapajós, que vive sob regime climático de maior variabilidade, com períodos mais frequentes de seca, revelou ter uma comunidade vegetal com árvores mais resistentes a embolismo, corroborando a hipótese de que a distribuição das espécies obedece certos filtros ambientais, com o clima selecionando aquelas mais resistentes. “Os modelos diziam o contrário: uma floresta com clima mais seco seria mais vulnerável, com risco maior de perecer ou passar a ter outro tipo de vegetação”, conta Oliveira. “Agora sabemos como as propriedades da floresta também conferem uma maior resistência e fazem com que o clima não determine, sozinho, seu futuro.”

Rafael Oliveira / UnicampReserva Biológica Cuieras, perto de Manaus, um dos locais estudados: árvores secas são decíduas, que perdem as folhas periodicamenteRafael Oliveira / Unicamp

Comportamento coletivo
O estudo também avaliou como a combinação de características das partes do ecossistema determinam o funcionamento do todo, algo conhecido como propriedades emergentes. “As florestas funcionam como uma comunidade, em que cada indivíduo tem suas peculiaridades, mas a combinação delas pode resultar em um comportamento coletivo próprio”, diz o biólogo da Unicamp. Primeiro, o estudo comprovou a diversidade de plantas e como a água é utilizada por cada uma delas. “Depois, precisávamos saber como as florestas se comportam: diante de um clima mais extremo, elas podem colapsar?”

Os pesquisadores da cooperação internacional LBA instalaram torres nas florestas realizando medições, como a quantidade de gás carbônico (CO2) e de metano, para compreender a dinâmica de carbono e de água da floresta. As medidas foram feitas em 2015, ano em que ocorreu o fenômeno atmosférico El Niño, que levou a uma das secas mais extremas já registradas na região amazônica.

Para Oliveira, os dados também podem dar subsídio a estratégias de reflorestamento mais bem-sucedidas, na medida em que a compreensão das contribuições das partes separadamente explica a resistência da floresta como um todo.

Restauração de florestas
Apesar de terem desenvolvido mecanismos de resistência às variações do clima, menos de 50% das florestas tropicais que já existiram em todo o mundo permanecem de pé, com grande parte da cobertura florestal remanescente seriamente afetada por extração de madeira, incêndios, fragmentação, mineração e caça. Um estudo da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz da Universidade de São Paulo (Esalq-USP), com a colaboração de pesquisadores de instituições da Alemanha, da Austrália e dos Estados Unidos, identificou oportunidades de restauração em paisagens de floresta tropical de diversas regiões do planeta, considerando a viabilidade socioambiental de cada uma.

Pedro Brancalion / Esalq-USPFragmentos de floresta tropical isolados em meio a uma área agrícolaPedro Brancalion / Esalq-USP

Foram quatro anos de análises de imagens de satélites cruzadas com dados socioeconômicos de todas as regiões incluídas no estudo. “O objetivo foi cobrir um conjunto de dados espaciais em escala global para atingir benefícios socioambientais, com consequências diretas e indiretas para a natureza, as economias e o bem-estar humano”, conta o engenheiro-agrônomo Pedro Brancalion, do Departamento de Ciências Florestais da Esalq. De acordo com o estudo, publicado em julho na revista Science Advances, a área global restaurável em paisagens tropicais é de 863 milhões de hectares (Mha), um território maior que o do Brasil – onde, inclusive, está a maior área adequada para restauração, a Mata Atlântica, com cerca de 40 Mha. Depois do território brasileiro, os países com maiores áreas restauráveis são Indonésia, Índia, Madagascar e Colômbia.

Para tornar viável a restauração dessas áreas, não interessa apenas a redução da extinção de espécies e a mitigação das mudanças climáticas, mas também a promoção de meios de subsistência sustentáveis e o custo-benefício do processo. “Não é razoável esperar que os países promovam iniciativas de restauração ‘apenas’ em benefício do meio ambiente”, pondera a ecóloga Robin Chazdon, da Universidade de Connecticut, nos Estados Unidos. Segundo ela, a maioria das nações ainda não tem capacidade de identificar áreas onde a regeneração natural de florestas tem um alto potencial e pode ser priorizada e, mesmo que essas regiões sejam identificadas, haveria pouca consciência dessa abordagem agora. De acordo com a pesquisadora, coautora do artigo, “o valor comercial das florestas plantadas é muito maior do que o das naturalmente regeneradas, pois elas são feitas sob medida para determinados fins”. Por isso, ela afirma, os países tendem a favorecer as plantações, que trazem benefícios econômicos diretos mais imediatos. Apesar disso, a pesquisadora defende que esforços para identificar áreas de florestas com alto potencial de regeneração natural também sejam empreendidos.

Critérios
Para priorizar as áreas estudadas e garantir a viabilidade da restauração, o grupo levou em conta variáveis como a conservação da biodiversidade com provisão de hábitat para espécies vulneráveis ameaçadas de extinção; mitigação das mudanças climáticas, analisando a contribuição da área para a redução da concentração de CO2 na atmosfera; adaptação às mudanças climáticas; e redução dos riscos de segurança hídrica, garantindo disponibilidade de água. Também foram considerados, com base em modelos, os custos financeiros associados à mudança do uso da terra da agricultura para a restauração e a chance de novas florestas persistirem.

Pedro Brancalion / Esalq-USPProjeto de restauração da Mata Atlântica na região serrana do Rio de JaneiroPedro Brancalion / Esalq-USP

Onde a exploração do solo é mais lucrativa, a chance de recuperação da paisagem original é menor. “É mais factível pensar em recuperação de uma pastagem ou área declivosa na Mata Atlântica, onde os benefícios financeiros não são significativos, do que de uma região onde há cana-de-açúcar, como no interior de São Paulo”, compara Brancalion.

O pesquisador pondera, no entanto, que a restauração é desafiadora, pois os esforços ocorrem em paralelo a uma intensa competição por terra: a agricultura já ocupa mais de um terço (37,3%) da superfície terrestre livre de gelo e segue aumentando em extensão. “Daí a importância do estudo ao orientar as iniciativas de restauração na direção de estratégias mais eficientes em termos de custo – maior ganho por investimento de tempo, dinheiro e esforço – e identificar paisagens onde múltiplos benefícios podem ser maximizados”, sugere.

Para Chazdon, a abordagem metodológica desenvolvida pode ainda ser aplicada a outros biomas ou tipos de vegetação com necessidades urgentes de restauração, como florestas secas tropicais e subtropicais e matas na região do Mediterrâneo, na Europa, contribuindo com o cumprimento dos compromissos de restauração nacionais e globais. Ela reforça que o estudo não definiu quais ações restaurativas devem ser usadas dentro de cada paisagem nem a extensão ou localização precisa das intervenções. “Essas decisões precisam ser tomadas por profissionais de restauração com base no contexto socioecológico local e na negociação entre vários interessados. O que nós fornecemos foi um mapa que pode orientar essas ações”, pontua.

Ecos de florestas ancestrais

Umberto LombardoCampos elevados nos Llanos de Moxos, na Bolívia, onde há resquícios de agricultura pré-colombianaUmberto Lombardo

Enquanto resistem às variações climáticas e a longos períodos de seca, florestas padecem ante o avanço predatório do ser humano. Compreender as interações entre pessoas e árvores do passado pode ajudar a determinar o futuro das matas. Masha van der Sande, ecóloga do Instituto de Biodiversidade e Dinâmica dos Ecossistemas da Universidade de Amsterdã, na Holanda, e um grupo de pesquisadores de diversos países, do qual faz parte o biólogo brasileiro Rafael Oliveira, da Unicamp, “viajaram” sete milênios no tempo ao analisar o paleopólen – o pólen fossilizado de vegetações ancestrais.

Encontrado na Amazônia peruana, o material fóssil foi útil para compreender como as transformações no longo prazo das características funcionais da floresta foram determinadas pelas mudanças na precipitação e pela alteração provocada pelos seres humanos. Os resultados, publicados em junho na revista Ecology Letters, indicam que a vegetação foi mais impactada pelas atividades humanas do que pelas mudanças climáticas. “A erosão e o fogo induzidos pelo homem aumentaram a dominância de espécies densas e não zoocóricas [cujas sementes não se dispersam pela ação dos bichos, geralmente aves e roedores]”, diz Oliveira.

Essas informações ajudam os pesquisadores a entender quais fatores externos afetam mais fortemente a composição da floresta tropical e quais características funcionais ajudam a prever mudanças. Segundo o biólogo da Unicamp, somado aos estudos sobre a segurança hídrica das árvores, esse conhecimento pode ser usado para prever como as florestas tropicais responderão às pressões ambientais atuais e futuras.

Assim como a ação humana ajudou a moldar os ecossistemas ancestrais, com impacto nas formações atuais, também as comunidades humanas foram influenciadas por aspectos funcionais da vegetação, como indica artigo publicado em junho na revista Nature Ecology & Evolution. Pesquisadores de diversos países – entre eles, o Brasil – associaram a análise de material arqueológico a registros paleoclimáticos de quatro regiões da Amazônia, indicando que no período pré-colombiano a estabilidade das populações esteve muito relacionada às características da floresta.

De acordo com o estudo, enquanto algumas sociedades enfrentaram grandes reorganizações durante períodos de mudanças climáticas, outras não foram afetadas. “Demonstramos que sociedades com sistemas intensivos e especializados de uso da terra foram mais vulneráveis a mudanças climáticas transitórias. Em contraste, os sistemas de uso da terra que se baseavam principalmente em agroflorestas de policultura, resultando na formação de florestas enriquecidas e férteis, com terra preta, eram mais resilientes”, conta o arqueólogo brasileiro Jonas Gregório de Souza, da Universidade Pompeu Fabra, de Barcelona, na Espanha.

Informações paleoclimáticas foram fundamentais para as conclusões do estudo. “De posse desses dados, organizados a partir de análises da concentração de metais e dos registros de isótopos de oxigênio em estalagmites de cavernas, foi possível reconstituir todas as mudanças climáticas pelas quais as regiões passaram ao longo do período estudado”, relata Francisco William da Cruz Jr., do Instituto de Geociências da USP. O cruzamento da reconstituição com os registros arqueológicos das sociedades que viveram nas regiões analisadas levou à constatação de que alguns agrupamentos humanos sofreram declínios claros durante os períodos de seca, mas outros não – e que isso se deveu aos diferentes padrões de uso da terra.

“Os resultados desses estudos evidenciam a importância de orientar quem faz uso da terra, como os agricultores, com base na história das civilizações que floresceram e padeceram a depender da maneira como interagiram com as vegetações”, conclui Masha van der Sande.

Projetos
1.
Interações entre solo-vegetação-atmosfera em uma paisagem tropical em transformação (nº 11/52072-0); Modalidade Pesquisa em Parceria para Inovação Tecnológica; Convênio Microsoft Research; Pesquisador responsável Rafael Silva Oliveira (Unicamp); Investimento R$ 1.249.709,83 (FAPESP).
2. Entendendo as respostas do metabolismo fotossintético a variações climáticas sazonais em florestas tropicais (nº 13/50533-5); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Convênio Pesquisa Colaborativa GOAmazon; Pesquisador responsável Luiz Eduardo Oliveira e Cruz de Aragão (Inpe); Investimento R$ 307.360,72 (FAPESP).
3. Controles ecofisiológicos sobre a sazonalidade e variabilidade da precipitação na Amazônia (nº 13/50531-2); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Programa Mudanças Climáticas; Pesquisadora responsável Laura de Simone Borma (Inpe); Investimento R$ 1.064.949,40.
4. Pire: Educação e pesquisa em clima das Américas usando os exemplos de anéis de árvores e espeleotemas (Pire-Create) (nº 17/50085-3); Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Francisco William da Cruz Junior (USP); Investimento R$ 4.457.670,95.
5. Reconstituição paleoclimática e paleoambiental do último período glacial no Centro-Oeste brasileiro (nº 16/15807-5); Modalidade Bolsa de Pós-doutorado; Pesquisador responsável Francisco William da Cruz Junior (USP); Bolsista Valdir Felipe Novello; Investimento R$ 478.943,67.

Artigos científicos
BARROS, F. et al. Hydraulic traits explain differential responses of Amazonian forests to the 2015 El Niño‐induced drought. New Phytologist. v. 223, n. 3, p. 1253-66. ago. 2019.
SANDE, M. et al. A 7000-year history of changing plant trait composition in an Amazonian landscape; the role of humans and climate. Ecology Letters. v. 22, n. 6, p. 925-35. 22 jun. 2019.
BRANCALION, P. et al. Global restoration opportunities in tropical rainforest landscapes. Science Advances. v. 5, n. 7, eaav3223. 3 jul. 2019.
SOUZA, J. et al. Climate change and cultural resilience in late pre-Columbian Amazonia. Nature Ecology & Evolution. v. 3, p. 1007-17. 17 jun. 2019.

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