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Posts Tagged ‘ecologia’

Em um post passado comentamos sobre como calcular o índice de Shannon por meio do R. O Índice de Shannon (H’) foi desenvolvido pelo matemático americano Claude Elwood Shannon, para quantificar a “entropia da informação”. Na área de ecologia, o índice de H’ é frequentemente nomeado como Shannon-Wiever e Shannon-Wiener. A confusão de terminologias no meio acadêmico é bem esclarecida por Spelleberger & Fedor (2003).

Warren Weaver foi outro matemático americano, co-autor junto com Shannon em um importante livro sobre “Teoria da Informação”: The mathematical theory of communication.

Nobert Wiener foi o pesquisador considerado o pai da cibernética, reverenciado e frequentemente citado por Shannon. De fato, Shannon se baseiou nos trabalhos de Wiener.

Certamente a similaridade dos sobrenomes ajudou nesta confusão.

Diante disso, Spelleberger & Fedor (2003) dizem que o índice de diversidade H’ deve ser denominado preferencialmente apenas como Índice de Shannon ou, se considerarmos a influência de Wiener, como Shannon-Wiener.

Referência:

Spellerberg, I. F. and Fedor, P. J. (2003), A tribute to Claude Shannon (1916–2001) and a plea for more rigorous use of species richness, species diversity and the ‘Shannon–Wiener’ Index. Global Ecology and Biogeography, 12: 177–179. doi: 10.1046/j.1466-822X.2003.00015.x

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Annals of the New York Academy of Sciences: The Year in Ecology and Conservation Biology 2010 v. 1195, p1–212
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nyas.2010.1195.issue-1/issuetoc

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O índice de Shannon (H’) e a equabilidade de Pielou (J) são muito utilizados para a avaliar a diversidade e a dominância ecológica de comunidades de espécies arbóreas. Quanto maior o valor de H, maior é a diversidade. Já o J varia de 0 a 1, sendo que valor máximo indicaria uma situação onde todas as espécies teriam o mesmo número de indivíduos, o que significaria ausência de dominância ecológica. Existi no R (“diversity”, na biblioteca “vegan”) uma função para o cálculo de H, que pode ser empregada da seguinte forma:

Observação: Se você não sabe como instalar o programa R e a biblioteca vegan, sugiro ler as postagens anteriores, disponíveis aqui e aqui.

teste<-read.csv("http://dl.dropbox.com/u/6511995/morisitaR.csv", header=T, row.names=1, sep=";") #para importar uma matriz com dados hipotéticos
teste # o resultado deve ser uma matriz 5x5, sendo que as linhas correspondem às espécies e as colunas indicam as parcelas
library(vegan) #a biblioteca vegan deve estar previamente instalada
diversity(teste) #aplicando a função "diversity" para o cálculo do H por parcela

Como pode ser observado, os valores são obtidos por parcela amostral. No entanto, muitas vezes é interessante a obtenção de H e do J para a área total, considerando todas as parcelas amostrais, que podem ser calculados por meio da seguinte função:

HeJ <- function(x)  {
  sp<-apply(x, 2, sum) #a função apply utiliza o parâmetro x (matriz de dados), 2 (coluna) e sum (soma). Faz a soma dos valores de colunas (espécies)
  p_i<- sp/sum(sp)
  lnpi<-log(p_i)
  pixlnpi<-p_i*lnpi
  H<--1*sum(pixlnpi)
  J<- H/log(length(sp))
  print(H)
  print(J)
  }

Testando a função em nossa matriz didática:

HeJ(teste) #aplicando a função para o cálculo do H e J

O primeiro valor deverá ser o Índice de Shannon (H’ = 1.557993) e o segundo, a Equabilidade de Pielou (J = 0.9680355).

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Ligustro (Ligustrum spp.) é uma espécie de origem asiática, infelizmente muito utilizada na arborização urbana nas regiões Sul e Sudeste do Brasil. Eu digo infelizmente, pois esta é considerada um espécie invasora de áreas naturais, o que pode representar um sério problema ecológico.

Ligustrum lucidum (Foto: mauroguanand)


As espécies exóticas não evoluíram no local onde foram introduzidas, por isso não apresentam todos os inimigos naturais da mesma forma que as nativas. Como conseqüência, quando invadem áreas naturais, pode haver uma explosão do tamanho populacional das exóticas, fazendo que se tornem dominantes e ocupem o nicho ecológico das nativas, eventualmente, levando-as à extinção local. Não é por acaso que a invasão por espécies exóticas representa uma das principais ameaças à biodiversidade no mundo.
Fazendo o reconhecimento de plantas que alguns alunos me trouxeram, reparei que o Ligustro está ocorrendo, de forma subespontânea, em fragmentos florestais próximos do perímetro urbano do município de Lages, o que demonstra sua potencialidade como invasora na região. O Estado do Paraná já proibiu o seu plantio na arborização urbana (Portaria IAP nº 95/2007) e sugiro fortemente que o Estado de Santa Catarina faça o mesmo.
O uso de espécies regionais na arborização urbana é sempre recomendável, uma vez que esta é uma forma de valorizar a biodiversidade brasileira. Opções de espécies nativas de grande beleza não faltam.

Handroanthus ochraceus (Foto: mauroguanandi)

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Resumo: Sebastiania commersoniana (conhecida popularmente como branquilho) não é uma árvore como outra qualquer. Ela sobrevive onde poucas outras conseguem se estabelecer. Para isso, usa estratégias morfo-anatômicas (referente a modificações nos seus órgãos e tecidos), fisiológicas (referente a modificações nos seus processos metabólicos) e etológicas (referente a modificações no seu comportamento) para sobreviver em locais alagados, onde a maioria das árvores e outras plantas não podem respirar.
Palavras-chave: espécies arbóreas, adaptações, ambientes limitantes

Leia o artigo completo aqui

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Existem várias opções de programas/softwares para a análise de dados ecológicos. O uso de um ou de outro é uma questão pessoal. Para digitação e tabulação de dados utilizo planilha eletrônica e para análise estatística uso o R.
O R pode ser definido como uma linguagem de programação que permite a realização de análises estatísticas e elaboração de gráficos. Por ser um Software Livre, pode ser “usado, copiado, estudado e redistribuído sem restrições”, de forma que várias pessoas no mundo contribuem criando pacotes complementares, expandindo sua funcionalidade. Alguns complementos que tenho utilizado com mais frequência são:

  • splancs: análise espacial de processos pontuais (para análise da distribuição espacial de árvores utilizando a função K de Ripley) 
  • geoR: análise geoestatística 
  • mvpart: árvore de regressão multivariada 
  • vegan: análise multivariada (NMDS, CCA, DCA, etc), análise de agrupamento e de padrões de riqueza e diversidade. Considero esse complemento um verdadeiro “canivete-suiço” para a análise ecológica de comunidades.
  • maptools: elaboração de mapas 

A execução das análises se dá por meio da utilização da linha de comando, o que explica a dificuldade inicial de aprendizado. Um material de referência que sempre indico é Bioestatística usando o R

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    Publicamos recentemente um artigo que mostra a relação entre a flutuação do lençol freático e os padrões de riqueza e de estrutura da comunidade arbórea em fragmentos aluviais no sul de Minas Gerais.
    Assim como a maior parte da Mata Atlântica, as florestas aluviais foram intensamente perturbadas ao longo da história de nosso país, em função de se localizarem próximas de cursos de água, em áreas com a presença normalmente de solos de maior fertilidade e com relevo mais plano, características favoráveis à agricultura. Além disso, devido a água ser um recurso essencial à vida, muitas cidades se originaram nestes locais, contribuindo para sua degradação. Para o subsídio de ações que visem a restauração de florestas aluviais, é fundamental um maior conhecimento sobre a ecologia de comunidades de espécies arbóreas.  Dentre os fatores ambientais que influenciam o componente arbóreo neste tipo de ambiente, destaca-se a flutuação do lençol freático, como ficou evidenciado no presente artigo. Segue a referência e o resumo do mesmo:

    SILVA, AC.; HIGUCHI, P.; VAN DEN BERG, E.. Effects of soil water table regime on tree community species richness and structure of alluvial forest fragments in Southeast Brazil. Braz. J. Biol.,  São Carlos,  v. 70,  n. 3, Aug.  2010 . 

    ABSTRACT
    In order to determine the influence of soil water table fluctuation on tree species richness and structure of alluvial forest fragments, 24 plots were allocated in a point bar forest and 30 plots in five forest fragments located in a floodplain, in the municipality of São Sebastião da Bela Vista, Southeast Brazil, totalizing 54, 10 × 20 m, plots. The information recorded in each plot were the soil water table level, diameter at breast height (dbh), total height and botanical identity off all trees with dbh > 5 cm. The water table fluctuation was assessed through 1 m deep observation wells in each plot. Correlations analysis indicated that sites with shallower water table in the flooding plains had a low number of tree species and high tree density. Although the water table in the point bar remained below the wells during the study period, low tree species richness was observed. There are other events taking place within the point bar forest that assume a high ecological importance, such as the intensive water velocity during flooding and sedimentation processes.
    Keywords: Atlantic Forest, tree species, water saturation, wetlands.

    RESUMO:
    Com o propósito de avaliar a influência da flutuação do nível freático do solo sobre a riqueza de espécies arbóreas e a estrutura de fragmentos florestais aluviais, foram alocadas 24 parcelas em um dique marginal de floresta ciliar e 30 parcelas em cinco fragmentos localizados na planície de inundação no Município de São Sebastião da Bela Vista, na região sudeste do Brasil, totalizando 54 parcelas de 10 × 20 m. As informações coletadas em cada parcela foram: altura do nível freático do solo, diâmetro à altura do peito (DAP), altura total e identificação botânica de todas as árvores com DAP > 5 cm. A flutuação do nível freático foi avaliada por meio de um poço de observação enterrado a uma profundidade de 1 m em cada parcela. Análises de correlação indicaram que, na planície de inundação, os locais com o nível freático do solo mais superficial possuíram menor número de espécies arbóreas e maior densidade de árvores. Apesar do dique marginal da floresta ciliar apresentar o nível freático no solo abaixo de 1 m de profundidade durante o período de estudo, nesse local foi observada baixa diversidade de espécies arbóreas. No dique marginal existem outros eventos com maior importância ecológica que podem explicar a baixa diversidade, tais como a velocidade do rio mais intensa durante enchentes e o processo de sedimentação.

    Palavras-chave: Floresta Atlântica, espécies arbóreas, saturação hídrica, áreas inundáveis.

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