Raissa Jardim, Federal University of Paraná, Brazil, describes her article: Unveiling above- and below-ground ecological strategies that underlie woody plant encroachment in grasslands, in both English and Portuguese.
Woody plant encroachment in forest-grassland mosaics
Forests and grasslands aren’t always neatly separated ecosystems. In many places they coexist side by side, creating beautiful but complex mosaics in the landscape. Specifically, in Brazil, these mosaics can be found in the Cerrado (Brazilian savanna) and the South Brazilian grasslands. These mosaics are shaped by environmental conditions like soil and moisture, and maintained by disturbance regimes, including fire and grazing. Grasslands thrive under regular fires that reduce the cover of woody plants, while forests develop in areas where fires are rare or suppressed, containing fire-sensitive species. But what happens when fire is absent for long periods? Trees and shrubs begin to colonize the grasslands – a phenomenon called woody plant encroachment. While this might sound like a simple case of trees taking over, it’s far from straightforward. The plants that survive this transition face vastly different challenges in forests versus grasslands. How do they survive under such contrasting environmental conditions? My research aimed to find this out.
The Study
To understand how woody species might deal with the shifting boundary between forests and grasslands, we revisited 60 permanent plots in forest-grassland mosaics in southern Brazil, in the transition between Cerrado and South Brazilian grasslands. These plots were first surveyed in 2012, and we returned in 2022, after 10 years without any disturbance, such as fire or grazing. This gave us a unique opportunity to see how the vegetation had changed over time, capturing a gradient from open grasslands to woody-plant-dominated areas that now resemble young forests.
But we weren’t just interested in understanding community dynamics and structural changes of vegetation. We wanted to understand how these plants survived and dealt with the shift in environmental conditions. For this, we used a functional trait approach to measure 10 traits above- and below-ground, including leaf, stem, root, and whole-plant functional traits. By looking at both the visible parts of the plants (aboveground) and what’s happening below-ground, we could get a more complete picture of their ecological strategies.
Key Findings
As expected, woody plant encroachment led to a dramatic increase in tree density in former grasslands, shifting the ecosystem’s structure toward that of a forest. But what really stood out were the clear trade-offs between above- and below-ground traits in these species:
– Species occurring in grasslands had conservative leaves – tough, small leaves that resist high sunlight, drought, and physical damage. Their roots followed a “do-it-yourself” strategy considering the collaboration gradient, meaning they were highly efficient at finding nutrients and water in the nutrient-poor soils typical of grasslands, without the aid of mycorrhizae. These species also had thick bark related to high fire resistance.
– Forest species, in contrast, were taller and had acquisitive leaves – bigger, softer leaves that are great at capturing light in the shady forest environment. Their roots followed an “outsourcing” strategy in the collaboration gradient, which indicates that they rely on mycorrhizal fungi to help them absorb nutrients in the richer soils of the forest. These species didn’t need thick bark because fire wasn’t a common threat in their environment.
Implications
Our research highlights how plants navigate the gradient formed by the mosaics of grassland and forest ecosystems through trade-offs in their functional traits. This is more than just a story about plants responding to contrasting environments and disturbance regimes – it has practical implications for how we manage landscapes in Brazil and beyond. In just 10 years without disturbance, the forest has replaced the grassland, indicating that this is a case of biome shift.
Understanding the role of below-ground traits is especially important. While much attention has been given to what happens aboveground, our study shows that roots and below-ground ecological strategies are just as crucial in determining how species survive different environmental conditions.
This knowledge can help us make better decisions about land management and conservation. By knowing which species are more likely to encroach into grasslands and how they survive in each ecosystem, we can design more effective strategies for managing forest-grassland mosaics in Brazil and similar ecosystems worldwide.
O adensamento de plantas lenhosas em mosaicos floresta-campo: como os atributos funcionais das plantas lenhosas mudam acima e abaixo do solo?
Raissa Jardim, da Universidade Federal do Paraná, Brasil, descreve seu artigo: Desvendando as estratégias ecológicas acima e abaixo do solo que estão associadas com o adensamento de plantas lenhosas sob os campos nativos.
O adensamento de plantas lenhosas em mosaicos floresta-campo
Florestas e campos nem sempre são ecossistemas rigidamente separados. Em muitos lugares, eles coexistem lado a lado, formando belos e complexos mosaicos na paisagem. No Brasil, esses mosaicos podem ser encontrados no Cerrado (savana brasileira) e nos Campos Sulinos. Eles são moldados por condições ambientais contrastantes, como solo e umidade, e mantidos por regimes de distúrbios, como fogo e pastoreio. Os campos prosperam com distúrbios frequentes, que reduzem a cobertura de plantas lenhosas, enquanto as florestas se desenvolvem onde o fogo é raro ou suprimido, favorecendo espécies sensíveis ao fogo.
Mas o que acontece com os campos quando o fogo é suprimido por longos períodos? Árvores e arbustos começam a colonizar os campos – um fenômeno conhecido como adensamento de plantas lenhosas. Embora pareça um simples caso de árvores tomando conta dos ecossistemas abertos, o processo é bem mais complexo. As plantas que sobrevivem a essa transição enfrentam desafios muito diferentes em florestas e campos. Como elas persistem nessas condições ambientais contrastantes? Minha pesquisa buscou responder essa questão.
O Estudo
Para entender como as espécies lenhosas lidam com a mudança nos mosaicos entre florestas e campos, amostramos 60 parcelas permanentes em mosaicos floresta-campo no sul do Brasil, na transição entre o Cerrado, os Campos Sulinos e a Floresta com Araucária. Essas parcelas foram inicialmente amostradas em 2012, e retornamos em 2022, após 10 anos sem distúrbio, como fogo ou pastoreio. Isso nos deu uma oportunidade única de observar como a vegetação mudou ao longo do tempo, capturando um gradiente que vai de campos abertos até áreas dominadas por plantas lenhosas, que agora se assemelha a florestas jovens.
Mas não estávamos interessados apenas em entender a dinâmica da comunidade e as mudanças estruturais na vegetação. Nosso objetivo foi também de compreender como essas plantas sobreviveram e lidaram com essa mudança ambiental. Para isso, utilizamos uma abordagem funcional, onde avaliamos 10 atributos funcionais acima e abaixo do solo, incluindo atributos de folha, caule, raízes e do organismo como um todo. Ao analisar tanto a parte visível das plantas (acima do solo) quanto o que acontece no subterrâneo, nas raízes, conseguimos uma visão mais completa de as estratégias ecológicas das plantas lenhosas.
Principais Descobertas
Como esperado, o avanço das plantas lenhosas levou a um aumento drástico na densidade de árvores no ecossistema que era campo, alterando a estrutura do ecossistema e tornando-o semelhante a uma floresta. Mas o que realmente se destacou foram os trade-offs claros entre os atributos funcionais acima e abaixo do solo nas espécies estudadas:
– Espécies de campo tinham folhas conservativas – pequenas, rígidas e resistentes à alta incidência solar, seca e danos físicos. Suas raízes adotavam uma estratégia “faça você mesmo”, ou seja, eram altamente eficientes na busca por nutrientes e água em solos pobres, sem depender da ajuda de fungos micorrízicos para absorver nutrientes. Essas espécies também tinham casca espessa, relacionada à resistência ao fogo.
– Espécies de floresta, por outro lado, eram mais altas e tinham folhas aquisitivas – maiores e mais macias, eficientes na captura de luz em ambientes sombreados. Suas raízes seguiam uma estratégia de “terceirização”, indicando que dependiam da associação com fungos micorrízicos para absorver nutrientes em solos mais ricos. Como o fogo não era uma ameaça constante em florestas, essas espécies não precisavam de uma casca espessa para proteção.
Implicações
Nosso estudo mostra como as plantas navegam pelo gradiente dos mosaicos floresta-campo por meio de trade-offs em seus atributos funcionais. Mas essa não é apenas uma história sobre plantas respondendo a diferentes ambientes e regimes de distúrbios – nossas descobertas têm implicações práticas para o manejo de mosaicos no Brasil e no mundo. Em apenas 10 anos sem distúrbios, a floresta substituiu o campo, indicando um caso de mudança de ecossistema. Isso destaca a importância de entender os processos que regulam esses ecossistemas e como podemos manejá-los para preservar sua biodiversidade única.
Além disso, nossa pesquisa enfatiza a relevância dos atributos funcionais abaixo do solo. Enquanto muito se discute sobre o que acontece acima da terra, nosso estudo demonstra que as raízes e atributos de raízes são igualmente cruciais para determinar como as espécies sobrevivem a diferentes condições ambientais.
Esse conhecimento pode ajudar na tomada de decisões para o manejo da paisagem e conservação, especialmente ao prever quais espécies têm maior potencial de avançar sobre os campos e como elas sobrevivem em cada ecossistema. Com isso, podemos desenvolver estratégias mais eficazes para a gestão dos mosaicos floresta-campo no Brasil e em ecossistemas semelhantes ao redor do mundo.
