Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/9680
Title: Effects of land use change on plant composition and ecosystem functioning in an extensive agro-pastoral system : plant functional traits and ecosystems processes
Authors: Castro, Helena Isabel Ferreira de 
Orientador: Freitas, Helena
Keywords: Vegetação -- Alentejo; Agricultura -- Alentejo; Pastorícia -- Alentejo
Issue Date: 29-Sep-2008
Abstract: As a consequence of the industrial and socio-demographic changes of the last decades, the characteristic land use practices of extensive agro-pastoral systems in the region of Alentejo, Southern Portugal are being gradually abandoned and the consequences are still little understood. Land use changes are important drivers of environmental degradation, modification and fragmentation of habitats with the subsequent alterations of global carbon and hydrological cycles, global and regional climate, and decline in biodiversity. This work aims to contribute to a better understanding of the effects of abandonment in ecosystems with a long history of human management, as is the case of the agro-pastoral systems of Southern Portugal. Three land use categories were selected to represent a decrease in land use intensity (‘grazing’, ‘intermediate succession’ and advanced succession’). Following abandonment, secondary succession is expected to occur with consequent changes in soil characteristics and vegetation composition and structure. Because plant species differ in their functional traits and in their effects on ecosystem processes, an effect of land use change at this level may also be expected. Plant traits relate to universal plant functions of growth (e.g. light and nutrient acquisition, water use efficiency) and persistence (e.g. recruitment, dispersal, defence against herbivores and other disturbances). They provide a widely applicable framework for interpreting community shifts along environmental gradients, including secondary succession. The main objectives were to (1) identify changes in vegetation composition and structure in response to decreasing land use intensity; (2) Identify functional groups and changes in species traits in response to decreasing land use intensity; (3) Identify the effect of decreasing land use intensity in key ecosystem processes such as decomposition and above-ground net primary productivity (ANPP). Overall, the results from the present study showed that abandonment resulted in changes in species composition and richness, in plant functional traits and functional groups and in ecosystem processes (biomass, ANPP and decomposition). Secondary succession resulting from abandonment of grazing showed stronger changes in vegetation composition and structure than in soil characteristics. Among the soil chemical properties tested, only phosphorus, carbon and organic matter were affected by land use change. Phosphorus decreased with abandonment while organic matter and carbon showed an increase. Species richness decreased sharply after land abandonment, and this was associated with a strong turnover in species composition from grazed to abandoned sites as the vegetation changed from annual herbaceous to shrub-dominated communities. One single species (Cistus ladanifer) accounted for more than 50% of relative cover in the areas abandoned for a longer time, suggesting that this species might have an important role in possible changes in ecosystems processes. The species that colonized the different land use categories differed in plant functional traits. Therophyte life form, short canopy height, high specific leaf area (SLA), low leaf dry matter content (LDMC) and small seeds with dispersal structures were dominant at grazed plots. Within abandoned plots, chamaephytes dominanted at ‘intermediate succession’ plots and decrease in favour of nanophanerophytes in ‘advanced succession’ plots. Canopy height, LDMC and seed mass increase with abandonment time while SLA decreased. Functional response groups were found by combining life form and SLA and these were found to be sufficient to describe vegetation change. Therophytes with medium SLA were the dominant functional group in grazed areas, while nanophanerophytes with medium or low SLA were associated with later phases of abandonment. At intermediate stages of succession the dominant group was chamaephytes with medium SLA but functional diversity was highest as all the groups, except hemicriptophytes with medium SLA, were represented. Our study showed an increase in total above-ground biomass with abandonment indicating a positive effect of the shift to woody vegetation on total above-ground biomass. ANPP significantly increased in plots abandoned for longer time. This increase was strongly related with the increase in the cover of Cistus ladanifer. This is a pioneer species that colonises degraded areas and forms one of the first stages of succession of woody communities. Under favourable conditions, C. ladanifer can grow fast and attain large amounts of biomass in a short time and quickly spreads over recently disturbed areas. Regarding decomposition, shrub litter was found to be higher than herbaceous litter in nutrient content, especially nitrogen, which seemed to favour higher initial decomposition rates but lower decomposition rate in the longer term. Overall, decomposition was slower in abandoned than in grazed plots and this was positively correlated with the content of cellulose and hemicellulose of initial litter. Lower rates of decomposition were also found to be related to the increase in LDMC, a trait strongly linked to physical attributes of the leaves.
Em consequência da rápida evolução da indústria e alterações sócio-demográficas das ultimas décadas, assistiu-se a um abandono gradual das praticas de agricultura e pastorícia extensivas típicas dos sistemas agro-silvo-pastoris do Alentejo. Os efeitos desse abandono nas características da vegetação e no funcionamento do ecossistema são ainda pouco conhecidos. As alterações no uso do solo conduzem a perda, modificação e fragmentação de habitats e a consequentes alterações dos ciclos globais da agua e do carbono, do clima regional e global, bem como a uma diminuição da biodiversidade. Este trabalho pretende contribuir para um melhor conhecimento dos efeitos do abandono de praticas de gestão extensivas em áreas em que estas são praticadas há séculos, como e o caso dos sistemas agro-pastoris do sul de Portugal. Para tal, foram seleccionadas três áreas representativas de diferentes intensidades de uso do solo (‘pastoreio’, ’sucessão intermédia’ e ‘sucessão avançada’). O abandono das praticas agro-pastoris da inicio a um processo de sucessão secundaria, o qual, e geralmente, acompanhado por alterações físico-químicas do solo bem como por alterações da composição e estrutura da vegetação. As espécies vegetais diferem quer nos atributos funcionais que as caracterizam quer no modo como influenciam o funcionamento dos ecossistemas. Os atributos funcionais estao relacionados com aspectos como o crescimento (aquisição de luz e nutrientes, eficiência no uso da agua) e a sobrevivência (dispersão, regeneração, protecção contra herbívoros e outras perturbações). Estes permitem interpretar variações nas comunidades vegetais ao longo de gradientes ambientais, nos quais se pode incluir a sucessão secundaria. Em resposta ao abandono, foram objectivos deste trabalho identificar: (1) alterações na composição e estrutura da vegetação; (2) grupos funcionais e variações nos atributos funcionais; (3) efeitos na biomassa e produtividade primaria da parte aérea, bem como na taxa de decomposição da folhada. Os resultados deste estudo demonstraram que o abandono tem como consequências a alteração da composição e número de espécies, dos atributos funcionais e grupos funcionais, bem como das propriedades do ecossistema estudadas (biomassa e produtividade primaria da parte aérea, e decomposição da folhada). Os efeitos do abandono de praticas agro-pastoris extensivas nas áreas de estudo foram mais visíveis na composição e estrutura da vegetação do que nas características do solo. De entre os parâmetros do solo determinados, apenas se registaram alterações no conteúdo em fósforo, carbono e matéria orgânica. Observou-se uma diminuição de fósforo e um aumento de carbono e matéria orgânica em função do tempo de abandono. A riqueza específica diminuiu significativamente após o abandono e foi acompanhada por uma considerável alteração da composição florística, sendo que comunidades maioritariamente compostas por herbáceas anuais foram substituídas por comunidades arbustivas. Nas áreas de ‘sucessão avançada’ há dominância de uma espécie, Cistus ladanifer, responsável por mais de 50% da cobertura relativa, o que sugere que esta espécie pode ter um efeito importante no funcionamento destes ecossistemas. As espécies presentes nas diferentes categorias de uso do solo apresentaram diferenças nos atributos funcionais. Atributos associados as áreas com pastoreio incluem, forma de vida terofita, plantas de pequeno porte, área especifica da folha (SLA) elevada, teor de matéria seca da folha (LDMC) baixo, sementes pequenas com mecanismos de dispersão. Relativamente as areas abandonadas, os camefitos dominam nas areas de ‘sucessão intermédia’, diminuindo em favor dos nanofanerofitos nas áreas de ‘sucessão avançada’. Os atributos altura da copa, LDMC e massa da semente aumentaram com o tempo de abandono enquanto a SLA diminuiu. Através da combinação de dois atributos, forma de vida e SLA, foi possível identificar grupos funcionais de resposta. Terofitos com SLA media foram o grupo funcional dominante nas áreas de pastoreio, enquanto os nanofanerofitos com SLA media ou elevada foram o grupo dominante nas áreas de ‘sucessão avançada’. Em fases intermédias da sucessão o grupo dominante foram os camefitos com SLA média, mas a diversidade de grupos funcionais foi mais elevada do que nas restantes categorias pois todos os grupos, com excepção de hemicriptofitos com SLA média, estavam representados. O estudo apresentado mostrou um aumento da biomassa da parte aérea total com o aumento do tempo de abandono indicando um efeito positivo da substituição de espécies herbáceas por espécies arbustivas na biomassa aérea total. A produtividade primária líquida da parte aérea foi significativamente mais alta nas áreas abandonadas há mais tempo. Este aumento deveu-se em grande parte ao aumento da cobertura de Cistus ladanifer. Esta espécie e pioneira na colonização de solos degradados e forma um dos primeiros estados da sucessão de comunidades arbustivas. Em condições favoráveis esta espécie pode acumular grandes quantidades de biomassa em pouco tempo e rapidamente colonizar áreas recentemente perturbadas. A análise da qualidade inicial da folhada mostrou valores mais elevados de azoto na folhada das áreas abandonadas, o que parece ter contribuído para a decomposição rápida destes tipos de folhada em fases iniciais e mais lenta em fases mais tardias. Em termos gerais, a decomposição da folhada foi mais lenta nas áreas abandonadas do que nas áreas com pastoreio. Os resultados mostraram uma correlação positiva entre a taxa de decomposição e o conteúdo inicial de celulose e hemicelulose da folhada. Adicionalmente, registou-se uma correlação negativa entre a taxa de decomposição e a LDMC, um atributo relacionado com a composição estrutural das folhas.
Description: Tese de doutoramento em Biologia (Ecologia) apresentada à Fac. de Ciências e Tecnoloiga da Univ. de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/9680
Rights: openAccess
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