Giants of the Amazon: How does environmental variation drive the diversity patterns of large trees?

Author:

de Lima Robson Borges1ORCID,Görgens Eric Bastos2ORCID,da Silva Diego Armando S.3ORCID,de Oliveira Cinthia Pereira1ORCID,Batista Anderson Pedro B.3ORCID,Caraciolo Ferreira Rinaldo L.4ORCID,Costa Flavia R. C.5ORCID,Ferreira de Lima Renato A.6ORCID,da Silva Aparício Perseu1ORCID,de Abreu Jadson Coelho1ORCID,da Silva José Antônio Aleixo4ORCID,Guimaraes Aretha Franklin7ORCID,Fearnside Philip M.8ORCID,Sousa Thaiane R.9,Perdiz Ricardo10,Higuchi Niro11ORCID,Berenguer Erika1213ORCID,Resende Angélica F.14ORCID,Elias Fernando15ORCID,de Castilho Carolina Volkmer16,de Medeiros Marcelo Brilhante17,de Matos Filho João Ramos18,Sardinha Maurício Alves19,Freitas Márcio André Furtado3,da Silva José Jussian3,da Cunha Aldemir Pereira3,Santos Renan Mendes1,Muelbert Adriane Esquivel20,Guedes Marcelino Carneiro21ORCID,Imbrózio Reinaldo8ORCID,de Sousa Carla Samara Campelo3,da Silva Aparício Wegliane Campelo22,da Silva e Silva Breno Marques23,Silva Celice Alexandre24,Marimon Beatriz Schwantes25ORCID,Junior Ben Hur Marimon25ORCID,Morandi Paulo S.26,Storck‐Tonon Danielle27,Vieira Ima Célia Guimarães28ORCID,Schietti Juliana29ORCID,Coelho Fernanda30,Alves de Almeida Danilo R.31ORCID,Castro Wendeson32,Carvalho Samuel P. C.33,da Silva Robson dos Santos A.24,Silveira Juliana13,Camargo José Luís34,Melgaço Karina35,de Freitas Lucas Jose Mazzei14,Vedovato Laura36,Benchimol Maíra37,de Oliveira de Almeida Gabriel32,Prance Ghillean38,da Silveira Alan Bernardes39,Simon Marcelo Fragomeni15,Garcia Marcos Leandro40,Silveira Marcos41,Vital Marcos42,Andrade Maryane B. T.8,Silva Natalino43,de Araújo Raimunda Oliveira8,Cavalheiro Larissa44,Carpanedo Rainiellen45,Fernandes Letícia46,Manzatto Angelo Gilberto47,de Andrade Ricardo T. G.48,Magnusson William E.8ORCID,Laurance Bill49,Nelson Bruce Walker8ORCID,Peres Carlos50ORCID,Daly Douglas C.51,Rodrigues Domingos52,Zopeletto Ana Paula33,de Oliveira Edmar Almeida24,Dugachard Estelle53,Barbosa Flávia Rodrigues44,Santana Flavia8,do Amaral Iêda Leão8,Ferreira Leandro V.28,Charão Leandro S.54,Ferreira Joice14ORCID,Barlow Jos13ORCID,Blanc Lilian55ORCID,Aragão Luiz56ORCID,Sist Plinio57ORCID,de Paiva Salomão Rafael28,da Silva Antônio Sérgio Lima28,Laurance Susan58ORCID,Feldpausch Ted R.59ORCID,Gardner Toby60,Santiago Wagner61,Balee William62,Laurance William F.58ORCID,Malhi Yadvinder12ORCID,Phillips Oliver L.35ORCID,da Silva Zanzini Antônio Carlos63,Rosa Clarissa5,Tadeu Oliveira Wagner64,Pereira Zanzini Lucas65,José Silva Ricardo66,Mangabeira Albernaz Ana Luisa67

Affiliation:

1. Laboratório de Manejo Florestal Universidade do Estado do Amapá Macapá Brazil

2. Departamento de Engenharia Florestal Universidade Federal do Vales do Jequitinhonha e Mucuri Diamantina Brazil

3. Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Amapá Laranjal do Jari Brazil

4. Laboratório de Manejo de Florestas Naturais “José Serafim Feitoza Ferraz”, Departamento de Ciência Florestal Universidade Federal Rural de Pernambuco Recife Brazil

5. Coordenação de Pesquisas em Biodiversidade Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia Manaus Brazil

6. Tropical Botany, Naturalis Biodiversity Center Leiden The Netherlands

7. Programa de Pós‐Graduação em Botânica Aplicada, Departamento de Biologia Universidade Federal de Lavras Lavras Brazil

8. Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Av. André Araújo Manaus Brazil

9. Programa de Pós‐Graduação em Ecologia Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia Manaus Brazil

10. Programa de Pós‐Graduação em Botânica Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (INPA) Manaus Brazil

11. Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia—Coordenação de Pesquisas em Silvicultura Tropical Manaus Brazil

12. Environmental Change Institute, School of Geography and the Environment University of Oxford Oxford UK

13. Lancaster Environment Centre Lancaster University Lancaster UK

14. Embrapa Amazônia Oriental, Rede Amazônia Sustentável Belém Brazil

15. Programa de Pós‐Graduação em Ecologia, Instituto de Ciências Biológicas, Universidade Federal do Pará Belém Brazil

16. Embrapa Boa Vista Brazil

17. Embrapa Brasília Brazil

18. Promotoria de Justiça do Meio Ambiente, Conflitos Agrários, Ministério Público Macapá Brazil

19. Programa de Pós‐Graduação em Biodiversidade e Biotecnologia—Rede Bionorte Universidade Federal do Amapá Macapá Brazil

20. School of Geography, Earth and Environmental Science University of Birmingham Birmingham UK

21. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária Brasilia Brazil

22. Universidade Federal do Amapá Macapá Brazil

23. Laboratório de Sementes Florestais Universidade do Estado do Amapá, Rua Presidente Vargas Macapá Brazil

24. Universidade do Estado de Mato Grosso Nova Xavantina Brazil

25. Faculdade de Ciências Agrárias, Biológicas e Sociais Aplicadas Universidade do Estado de Mato Grosso Nova Xavantina Brazil

26. Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus de Nova Xavantina Nova Xavantina Brazil

27. Programa de Pós‐Graduação em Ambiente e Sistemas de Produção Agrícola Universidade do Estado de Mato Grosso Tangará da Serra Brazil

28. Museu Paraense Emílio Goeldi Belém Brazil

29. Departamento de Biologia Universidade Federal do Amazonas Manaus Brazil

30. Department of Forestry University of Brasilia Brasilia Brazil

31. Department of Forest Sciences “Luiz de Queiroz” College of Agriculture, University of São Paulo (USP/ESALQ) Piracicaba Brazil

32. Laboratório de Botânica e Ecologia Vegetal Universidade Federal do Acre Rio Branco Brazil

33. Universidade Federal de Mato Grosso Cuiabá Brazil

34. Universidade Federal do Rio de Janeiro Rio de Janeiro Brazil

35. School of Geography University of Leeds Leeds UK

36. University of Exeter Exeter UK

37. Laboratório de Ecologia Aplicada à Conservação, Universidade Estadual de Santa Cruz Salobrinho Brazil

38. National, Botanical Garden Florida USA

39. Program of Environmental and Forest Science Federal University of Mato Grosso Cuiabá Brazil

40. Faculdade de Ciências Agrárias e Biológicas Unemat Brazil

41. Museu Universitário, Universidade Federal do Acre Rio Branco Brazil

42. Universidade Federal de Roraima (UFRR) Boa Vista Brazil

43. Serviço Florestal Brasileiro Santarém Brazil

44. ICNHS, Universidade Federal de Mato Grosso Sinop Brazil

45. Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT), Núcleo de Estudos da Biodiversidade da Amazônia Mato‐grossense Sinop Brazil

46. Universidade Federal do Acre Rio Branco Brazil

47. Universidade Federal de Rondônia Porto Velho Brazil

48. Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de Rondônia Porto Velho Brazil

49. James Cook University Douglas Queensland Australia

50. University of East Anglia Norwich UK

51. Institute of Systematic Botany, The New York Botanical Garden Bronx New York USA

52. Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Ciências Naturais, Humanas e Sociais Sinop Brazil

53. ONF International Paris France

54. Facultad de Ingeniería y Ciencias Universidad Autónoma de Tamaulipas Victoria Mexico

55. Unité Propre de Recherche Biens et Services des Écosystèmes Forestiers Tropicaux: l'Enjeu du Changement Global (BSEF), CIRAD Montpellier France

56. National Institute for Space Research (INPE) São José dos Campos Brazil

57. Centre de Coopération International en Recherche Agronomique pour le Développement (CIRAD) Paris France

58. Centre for Tropical Environmental and Sustainability Science (TESS), College of Marine and Environmental Sciences James Cook University Douglas Queensland Australia

59. School of Biology University of Leeds Leeds UK

60. Stockholm Environment Institute Stockholm Sweden

61. Biolex Consultoria Ambiental Ltda Palmas Brazil

62. Tulane University New Orleans Louisiana USA

63. Setor de Ecologia e Manejo da Vida Silvestre, Departamento de Ciências Florestais Universidade Federal de Lavras Lavras MG Brazil

64. CESAM ‐ Centro de Estudos do Ambiente e do Mar, Departamento de Biologia, Collaborating Researcher University of Aveiro Aveiro Portugal

65. Departamento de Engenharia Florestal Universidade do Estado de Mato Grosso Cáceres MT Brazil

66. University of Mato Grosso MT Brazil

67. Coordenação de Ciências da Terra e Ecologia Museu Paraense Emilio Goeldi Brazil

Abstract

AbstractFor more than three decades, major efforts in sampling and analyzing tree diversity in South America have focused almost exclusively on trees with stems of at least 10 and 2.5 cm diameter, showing highest species diversity in the wetter western and northern Amazon forests. By contrast, little attention has been paid to patterns and drivers of diversity in the largest canopy and emergent trees, which is surprising given these have dominant ecological functions. Here, we use a machine learning approach to quantify the importance of environmental factors and apply it to generate spatial predictions of the species diversity of all trees (dbh ≥ 10 cm) and for very large trees (dbh ≥ 70 cm) using data from 243 forest plots (108,450 trees and 2832 species) distributed across different forest types and biogeographic regions of the Brazilian Amazon. The diversity of large trees and of all trees was significantly associated with three environmental factors, but in contrasting ways across regions and forest types. Environmental variables associated with disturbances, for example, the lightning flash rate and wind speed, as well as the fraction of photosynthetically active radiation, tend to govern the diversity of large trees. Upland rainforests in the Guiana Shield and Roraima regions had a high diversity of large trees. By contrast, variables associated with resources tend to govern tree diversity in general. Places such as the province of Imeri and the northern portion of the province of Madeira stand out for their high diversity of species in general. Climatic and topographic stability and functional adaptation mechanisms promote ideal conditions for species diversity. Finally, we mapped general patterns of tree species diversity in the Brazilian Amazon, which differ substantially depending on size class.

Funder

Fundo Amazônia

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Publisher

Wiley

Subject

General Environmental Science,Ecology,Environmental Chemistry,Global and Planetary Change

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