Heterogeneidade Espacial

Heterogeneidade espacial é a variação nas condições ambientais, na estrutura do habitat e na composição de recursos ao longo do espaço geográfico.

Por que a diversidade varia no espaço?

Heterogeneidade x Diversidade

• Florestas tropicais: estratificação vertical
• Recifes de coral: complexidade tridimensional

Relação Espécies–Área

Uma das relações mais importantes em ecologia de comunidades:

\[S = c \cdot A^z\]

O Framework de Whittaker

Robert Whittaker propôs a partição da diversidade em três escalas hierárquicas:

┌─────────────────────────────────────┐
│         DIVERSIDADE GAMA (γ)        │  ← Paisagem / Região
│  ┌────────────┐   ┌────────────┐    │
│  │  Comunid. 1│   │  Comunid. 2│    │
│  │  α = 8 sp  │↔β↔│  α = 6 sp  │    │  ← β entre comunidades
│  └────────────┘   └────────────┘    │
│        Diversidade Local (α)        │
└─────────────────────────────────────┘

Diversidade Alfa (α)

Diversidade alfa é a diversidade de espécies em uma escala local, dentro de um único habitat ou comunidade.

Medidas de diversidade α:

Diversidade Gama (γ)

Diversidade gama é a diversidade total de uma região ou paisagem, integrando todos os locais amostrados.

Relação fundamental:

\[\gamma = \alpha \times \beta\]

• γ alta + α alta → habitats ricos, baixa substituição entre eles
• γ alta + α baixa → habitats pobres individualmente, mas compostos por espécies muito diferentes
• γ baixa + α baixa → região com poucos espécies, habitats similares

Diversidade Beta (β) — Introdução

Diversidade beta mede a variação na composição de espécies entre diferentes locais ou ao longo de gradientes ambientais.

Por que β é central em ecologia de comunidades?

• Explica como a diversidade regional é montada a partir de comunidades locais
• Reflete processos de dispersão, filtragem ambiental e interações bióticas
• Ferramenta fundamental para detectar gradientes ecológicos
• Base para planejamento de unidades de conservação complementares

O Problema dos Índices Clássicos

Índices como H’ (Shannon) e D (Simpson) não são diretamente comparáveis entre si:

Números de Hill — A Solução Elegante

Mark Hill (1973) propôs uma família unificada de medidas de diversidade:

\[^{q}D = \left(\sum_{i=1}^{S} p_i^q \right)^{\frac{1}{1-q}}\]

Onde q é a ordem da diversidade — controla o peso dado às espécies raras vs. abundantes:

Explicando

Interpretação dos Números de Hill

Os números de Hill expressam diversidade em “número efetivo de espécies” — quantas espécies igualmente abundantes teriam a mesma diversidade que a comunidade observada.

Princípio do dobramento

Se uma comunidade é dividida em dois grupos igualmente abundantes e sem espécies em comum, o número de Hill deve dobrar.

\[^{q}D(A \cup B) = ^{q}D(A) + ^{q}D(B) \quad \text{, quando } A \cap B = \emptyset\]

Vantagens práticas

• Unidade intuitiva: “número equivalente de espécies”
• Comparação direta entre comunidades
• Base para decomposição aditiva e multiplicativa de diversidade
• Partição de α, β e γ matematicamente consistente

Índices vs. Hill

Componentes da Beta-Diversidade

\[\beta_{total} = \beta_{turnover} + \beta_{aninhamento}\]

A: ■ ■ ■ □ □
B: □ □ □ ■ ■

A: ■ ■ ■ ■ ■
B: ■ ■ □ □ □

Medindo Beta-Diversidade: Índices de Dissimilaridade

\[\beta_{Sørensen} = \frac{b + c}{2a + b + c}\]

\[\beta_{Jaccard} = \frac{b + c}{a + b + c}\]

Onde:

• a = espécies compartilhadas entre dois locais
• b = espécies exclusivas do local 1
• c = espécies exclusivas do local 2

Beta-Diversidade: Abordagem multivariada

Para múltiplas comunidades simultaneamente, usamos ordenações:

Heterogeneidade e padrões de β

Ambientes com maior heterogeneidade espacial geram maior β-diversidade via turnover. Ambientes fragmentados podem gerar alta β por aninhamento.

Decaimento de similaridade com a distância

A similaridade entre comunidades decresce com a distância geográfica (ou ambiental).

Mecanismos: limitação de dispersão, filtragem ambiental, deriva ecológica

Partição aditiva e multiplicativa da diversidade

Duas formas de relacionar α, β e γ:

Priorização para conservação

Complementaridade: escolher áreas que maximizem a diversidade total protegida

Monitoramento de impactos ambientais

Restauração Ecológica

Indicadores práticos:

Resumo da Aula