Restoring open biomes: evidence, gaps, and the threats of tree planting
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Giselda Durigan, Gerhard Ernst Overbeck, Jerônimo Boelsums Barreto Sansevero, Soizig Le Stradic
Resumo
Restoring open ecosystems is challenging because of misguided restoration actions, an overall lack of knowledge on how to enhance ecosystem resilience and uncertainties on how to measure restoration success in ecologically meaningful ways. Active interventions are often required to enhance recovery of open ecosystems, and long-term monitoring and management are recommended as recovery rates are often extremely slow. Tree-oriented, carbon-based, practices have extensively expanded in many ecosystems, including forested and open ones. However, the consequences of tree planting are not fully understood. For instance, tree planting programs often overestimate the potential of increasing carbon sequestration, while largely overlooking the negative impacts on biodiversity and ecosystem services. Reflecting on how to enhance restoration, especially for open ecosystems, this thesis aims to fill up some gaps and gather accumulated evidence on this topic to steer future restoration programs. In the first chapter of this thesis, I assessed the global impact of tree planting on the biodiversity of open-canopy ecosystems using a meta-analysis. I found that tree planting fails to achieve the biodiversity of open-canopy reference ecosystems. This pattern remained consistent regardless of whether the trees planted were native or exotic. In the second chapter, I sought to understand where and how restoration of tropical open ecosystems has been done using a systematic review and found that studies were largely context-dependent. I found an inconsistent usage of restoration techniques to different sources of degradation and less than half of the indicators evaluated were monitored consistently through time. Moreover, because I found severe issues in primary data reporting, I propose a checklist for minimum research reporting information and a more complete multilingual standardized guideline. In the third chapter I explored the identity of species planted and seeded in restoration tropical open ecosystems, and I found that
most of them were native to the restored open ecosystem, but herbs and forbs were relatively underrepresented compared to trees and shrubs. Finally, in the fourth chapter I developed a field case study to examine the effects of tree encroachment on sites adjacent to pine plantation. I found that that native herbaceous plant cover decreased with the increase in tree cover and the same pattern was observed for forb species richness and frequency, as well as plant-pollinator interaction richness and abundance. Overall, this thesis reveals that current restoration in open ecosystem approach es often rely heavily on tree planting, which may only partially recover biodiversity and potentially undermine herbaceous communities and plant-pollinator interactions in open ecosystems. To improve restoration outcomes, future efforts must adopt ecologically informed planting designs, increase the representation of herbs, forbs and shrubs, ensure long-term monitoring, and implement standardized reporting protocols to strengthen restoration science and practice globally.
Abstract
A restauração de ecossistemas abertos é desafiadora devido a ações de restauração mal
direcionadas, à falta de conhecimento geral sobre como aumentar a resiliência desses
ecossistemas e às incertezas sobre como medir o sucesso da restauração de maneira
ecologicamente significativa. Intervenções ativas são frequentemente necessárias para
promover a recuperação desses ecossistemas, e o monitoramento e manejo de longo prazo são
recomendados, já que as taxas de recuperação costumam ser extremamente lentas. Práticas
focadas em árvores e baseadas em carbono têm se expandido amplamente em muitos
ecossistemas, tanto florestais quanto abertos. No entanto, as consequências do plantio de
árvores não são totalmente compreendidas. Por exemplo, programas de plantio de árvores
frequentemente superestimam o potencial de aumento do sequestro de carbono, ao mesmo
tempo em que negligenciam os impactos negativos sobre a biodiversidade e os serviços
ecossistêmicos. Refletindo sobre como aprimorar a restauração, especialmente de ecossistemas
abertos, esta tese busca preencher algumas lacunas e reunir evidências acumulado sobre o tema
para apoiar futuras ações de restauração. No primeiro capítulo desta tese, avaliei o impacto
global do plantio de árvores na biodiversidade de ecossistemas de dossel aberto usando uma
meta-análise. Encontrei que o plantio de árvores não é capaz de atingir a biodiversidade dos
ecossistemas de referência abertos. Esse padrão manteve-se consistente independente se as
árvores plantadas eram nativas ou exóticas. No segundo capítulo, busquei entender onde e como
a restauração de ecossistemas abertos tropicais têm sido realizada usando uma revisão
sistematizada, e descobri que os estudos eram amplamente dependentes do contexto. Encontrei
um uso inconsistente de técnicas de restauração para diferentes fontes de degradação, e menos
da metade dos indicadores avaliados têm sido monitorados consistentemente ao longo do
tempo. Além disso, como encontrei problemas graves no reporte de dados primários, propus
uma lista de verificação com informações mínimas para serem reportadas em pesquisas, e um
guia multilíngue padronizado mais completo. No terceiro capítulo, explorei a identidade das
espécies plantadas e semeadas na restauração de ecossistemas tropicais abertos, e descobri que
a maioria delas era nativa do ecossistema de referência, mas herbáceas estavam relativamente
sub-representadas em comparação com árvores e arbustos. Finalmente, no quarto capítulo,
desenvolvi um estudo de caso de campo para avaliar os efeitos do adensamento de árvores em
áreas adjacentes a plantações de pinheiros. Constatei que a cobertura de plantas herbáceas
nativas diminuiu com o aumento da cobertura arbórea, e, o mesmo padrão foi observado para
riqueza e frequência de espécies de plantas herbáceas não-graminosas, bem como para riqueza
e abundância de interações planta-polinizador. De maneira geral, essa tese revela que as atuais
abordagens de restauração frequentemente dependem fortemente do plantio de árvores, o qual
pode apenas parcialmente recuperar a biodiversidade e potencialmente prejudica as
comunidades de herbáceas e interações planta-polinizador em ecossistemas abertos. Para
melhorar os resultados da restauração, esforços futuros devem adotar projetos de plantio
ecologicamente direcionados, garantindo monitoramento a longo prazo e implementando
protocolos padronizados para reportar os dados e, globalmente fortalecer a ciência e a prática
da restauração.
Assunto
Ecologia, Ecossistema Tropical, Restauração, Biodiversidade
Palavras-chave
Ecossistemas abertos; Restauração ecológica; Resiliência de ecossistema; Plantio de árvores; Biodiversidade; Interações planta-polinizador; Meta-análise; Revisão sistemática, Restauração ecológica de ecossistemas abertos
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