Phylogenetic diversity and ecosystem services of urban forests

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A urbanização é uma das maiores causas de conversão do uso da terra, levando a intensas modificações na estrutura da paisagem e funções ecossistêmicas. Florestas dentro de áreas urbanas estão mais vulneráveis a alterações nas condições ambientais, tais como maior temperatura e intensidade luminosa, deficiência hídrica e maior concentração de CO2, além de poluição do ar e do solo. Esses filtros ambientais podem favorecer certos traços de espécies ou grupos funcionais, levando à remoção de linhagens inteiras e causando impactos nas funções ecossistêmicas. Apesar das florestas urbanas poderem contribuir para a estocagem e sequestro de carbono, mudanças antropogênicas no uso da terra e a idade dos fragmentos florestais são fatores indicados pela literatura como causadores de alterações do estágio sucessional da comunidade arbórea de florestas tropicais, causando redução de biomassa. O objetivo dessa tese foi investigar como a diversidade e a composição filogenética da comunidade arbórea é afetada pela urbanização propriamente dita (fragmentos florestais urbanos sem histórico de distúrbios) e o histórico de uso da terra (fragmentos florestais urbanos secundários, regenerados após atividades de cultivo agrícola e terraplanagem) (capítulo 1). No capítulo 2, objetivamos investigar como a biomassa acima do solo é afetada pela urbanização e pelo histórico de uso da terra e explorar a contribuição de três importantes preditores de biomassa (hipótese da complementaridade de nicho, razão de massa e fertilidade do solo). Nossos resultados sugerem que a riqueza de espécies e diversidade filogenética são afetadas pelo histórico de uso da terra em florestas urbanas e que florestas urbanas sem histórico de uso da terra podem reter alta diversidade evolutiva de angiospermas, o que destaca a importância da preservação dessas florestas durante a expanção urbana. Além disso, o acúmulo de biomassa em florestas urbanas é altamente dependente do seu histórico de uso da terra. Encontramos que a hipótese de razão de massa (densidade da madeira) é de grande importância para o aumento de biomassa em florestas urbanas e não urbanas, mas que a biomassa aumenta com o aumento da presença de grupos filogeneticamente mais distantes apenas em floretas maduras (ou controle). Para as outras categorias de florestas, especialmente as florestas urbanas com histórico de terraplanagem, alta biomassa está relacionada à presença de espécies mais próximas filogeneticamente. Urbanization is one of the most increasing kinds of land-use conversion, leading to strong modifications to the landscape structure and ecosystem functioning. Forests within urban areas are vulnerable to altered environmental conditions such as higher temperature and light intensity, water deficit, and increased CO2 availability, besides air and soil pollution. These environmental filters may favor certain species traits or functional groups, leading to the removal of entire lineages and causing impacts on their ecosystem functions. Although urban forests can still contribute to the overall carbon storage and sequestration, anthropogenic land-use changes along with stand age have been shown to set tropical tree communities back to an earlier successional stage causing a reduction in standing biomass. The aim of this thesis was to investigate how phylogenetic diversity and composition of tree species are affected by urbanization itself (urban forest fragments derived directly from intact forest) and land-use history (urban forests regenerated from cropland or otherwise denuded landscapes) (chapter 1). Also, in chapter 2 we aimed at investigating how aboveground biomass (AGB) is affected by urbanization and land-use history and to explore the contribution of three important biomass drivers (niche complementarity, mass-ratio and soil fertility hypothesis). Our results suggest that species richness, rarefied species richness and phylogenetic diversity are all affected by the land-use history of urban forests and that urban forests without previous land use can house substantial amounts of angiosperm evolutionary diversity, which highlights the importance of preserving natural forest fragments as cities expand. Besides, high aboveground biomass in urban forests is greatly dependent on their land-use history. We found that the mass-ratio hypothesis (wood density) is of great importance for driving high aboveground biomass in secondary urban forests, but that aboveground biomass is greater for the groups of phylogenetically distant species only for old-growth forests. For the other forest categories, especially urban forests with cropland and denudation land-use history, high aboveground biomass is related to species being phylogenetically close.