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ECOLOGIA VEGETAL AULA 6 Profª Letícia Estela Cavichiolo Espindola 2 CONVERSA INICIAL A Ecologia vegetal, assim como as demais áreas de conhecimento, está em constante expansão. Atualmente, os pesquisadores dispõem de métodos e instrumentos que permitem novas compreensões acerca do funcionamento tanto dos indivíduos quanto dos ecossistemas, as quais, por sua vez, tem sido cada vez mais relacionadas ás problemáticas atuais, como a perda da biodiversidade e as mudanças climáticas. Visando compreender melhor a ecologia vegetal, o presente texto que encontra-se organizado nos seguintes temas e objetivos principais: • As espécies invasoras: buscando compreender seu impacto na biodiversidade brasileira; • A comunicação entre plantas: identificando os fatores que permitem a troca de substâncias e informações entre os vegetais; • Mudanças climáticas: buscando compreender como os vegetais são impactados neste contexto e como as plantas podem contribuir para diminuir este processo; • Os serviços ecossistêmicos: com o objetivo de compreender seus benefícios fundamentais para a sociedade e políticas para seu incentivo. TEMA 1 – ESPÉCIES INVASORAS Em etapa anterior, estudamos mecanismos para a preservação e acompanhamento da biodiversidade. Uma grande ameaça à biodiversidade vegetal são as espécies invasoras. Como nosso país tem um histórico de agricultura e pecuária, a problemática das espécies invasoras tem sido uma constante. São consideradas como espécies invasoras os organismos (plantas, animais, fungos, bactérias) que são introduzidos em um ecossistema fora de sua área de origem e que causam impactos negativos na biodiversidade e nos serviços ecossistêmicos, apresentando altas taxas de crescimento, reprodução e dispersão (Matos; Pivello, 2009, p. 27). Muitas vezes, além de se reproduzem rapidamente, as espécies invasoras têm a capacidade de se adaptar facilmente às novas condições ambientais, o que lhes permite competir efetivamente com as espécies nativas pelo espaço, luz, nutrientes e outros recursos. 3 As espécies invasoras podem ser introduzidas intencionalmente ou acidentalmente por meio de atividades humanas, tais como o transporte de carga e tráfego de pessoas, além de ações como a liberação de espécies exóticas em ambientes naturais, como parques e reservas. Elas podem causar diversos impactos negativos, como a redução da biodiversidade, alteração do funcionamento dos ecossistemas, perda de habitats, redução da qualidade da água e do solo, além de prejudicar atividades econômicas que dependem da natureza. Segundo a organização não governamental Instituto Hórus, mantenedora do Banco de Dados Nacional de Espécies Exóticas Invasoras, pelo menos 210 espécies vegetais não nativas se espalharam por ecossistemas brasileiros, causando danos à flora local. Um exemplo de planta invasora é o capim-colonião (Megathyrsus maximus), capaz de crescer até 10 cm por dia e que se espalhou por ilhas do Rio de Janeiro. Ninguém sabe ao certo como essa agressiva espécie africana chegou até o Brasil. Após anos de muitas tentativas de erradicação, desde o uso do fogo controlado, cobertura do capim com lona preta, extração manual e uso de herbicidas, o pesquisador Massimo Bovini do Jardim Botânico do Rio de Janeiro obteve sucesso com o método de nucleção, que consiste no “replantio de mudas nativas próximas umas das outras, criando núcleos de vegetação que, ao gerar sombra, evitam naturalmente o crescimento do capim, espécie que necessita de sol pleno para se desenvolver” (Abdala, 2023, p. 1). Outros exemplos de plantas invasoras são a casuarina (Casuarina equisetifolia) e a amendoeira-da-praia (Terminalia catappa). A casuarina, originaria da Austrália e usada como planta ornamental nas praias de Santa Catarina, impacta a abundância das restingas, reduzindo a cobertura vegetal nativa (Arraial, 2022, p. 1-2). Já a amendoeira-da-praia, proveniente da Ásia, se espalhou por toda a costa brasileira, vinda provavelmente com a água de lastro dos navios. Preocupantemente, essa espécie está presente em 34 unidades de conservação brasileiras, entre elas o Parque Nacional de Fernando de Noronha (Sales, 2021, p. 1; Abdala, 2023, p. 1). Muitas são as ações adotadas para a contenção da expansão das espécies invasoras. Já há estudos, como os de Gonçalves (2019, p. 1), que incluem a captura de imagens aéreas por meio de veículos aéreos não tripulados (VANTs) para a identificação automática de plantas invasoras em imagens 4 aéreas, que, com a ajuda de especialistas, permitem uma eficiência melhor no controle de invasoras. O controle de espécies invasoras é uma preocupação importante em todo o mundo e envolve ações como prevenção da introdução de novas espécies invasoras, monitoramento e detecção precoce, controle de populações estabelecidas e restauração de ecossistemas afetados. Tanto a conservação da biodiversidade quanto a qualidade dos serviços ecossistêmicos são fortemente impactadas pela presença de espécies invasoras. TEMA 2 – COMUNICAÇÃO ENTRE AS PLANTAS Muitas são as inovações no campo da pesquisa vegetal. Entre as novas descobertas sobre as plantas, o trabalho pioneiro da ecologista Suzanne Simard merece destaque. Usando isótopos radioativos de carbono, ela comprovou que plantas trocam substâncias com a ajuda de fungos que vivem nas suas raízes, ou seja, são capazes de se comunicar. Podemos estabelecer uma analogia: a floresta é uma imensa rede de internet, e os fungos agem como as redes sociais. Simplesmente fascinante! Por meio dessa rede, as plantas são capazes de tocar nutrientes, reconhecendo e favorecendo seus próprios parentes mais vulneráveis, além de mensagens químicas de alerta, por exemplo, quando se sentem ameaçadas ou estão sendo predadas (Simard; Durall, 2004, p. 1140). A comunicação e as mudanças comportamentais em plantas dependem de estímulos ambientais, da identidade da planta vizinha e das características da rede fúngica (Figura 1). Os estudos sugerem que a comunicação subterrânea das árvores é um processo fundamental na natureza adaptativa complexa dos ecossistemas florestais (Gorzelak et al., 2015, p. 1). Outra descoberta muito interessante foi a de que as células das plantas se comunicam entre si de modo semelhante aos neurônios dos animais. Nos neurônios, existem moléculas chamadas receptores de glutamato, que, ao regularem a entrada de cálcio pelas membranas, formam o impulso elétrico que permite a transmissão das informações. Plantas não têm neurônios, mas suas células são recobertas por receptores semelhantes ao do glutamato (GLRs). É a distribuição dos GLRs que forma uma rede complexa, capaz de regular a concentração de cálcio e controla a sinalização celular nas plantas. Esse 5 mecanismo permite que tubos polínicos de Arabidopsis thaliana cresçam em direção aos óvulos na flor (Wudick el al., 2018, p. 553). Figura 1 – Esquema da comunicação via rede fúngica Fonte: Gorzelak et al., 2015, p. 3. Se você, assim como eu, já achou incrível saber que plantas se comunicam e possuem processos semelhantes aos dos neurônios, prepare-se para mais novidades. Plantas são capazes de aprender e possuem memória! Segundo biólogos da University of Western Australia, a planta dormideira (Mimosa pudica) é capaz de lembrar do que aconteceu durante um longo tempo (Gagliano et al., 2014, p. 63-74). Essa espécie fecha as folhas quando tocada. Os pesquisadores criaram um trilho, de onde as plantas caíam uma altura de 15 cm. Esse experimento foi conduzido para observar se as plantas poderiam ser treinadas a ignorar o estímulo, deixando de fechar as folhas. Após repetidas quedas, as plantas passaram a ignorar o estímulo, sem se fechar mais. Mas, se recebessem um estímulo diferente, elasfechavam, indicando que não estavam em fadiga. Quando os cientistas repetiam o experimento semanas mais tarde, as plantas lembravam do estímulo de queda, ignorando-o novamente. Mas, como organismos sem neurônios podem aprender e ter memória? Tudo indica que a resposta está na variação da concentração de cálcio nas células, provocada pelos receptores semelhantes ao do glutamato (GLRs). Outras pesquisas Condições da doadora Condições da receptora Déficit nutricional Estresse hídrico Menores e jovens Sombreadas Rica em nutrientes Repleta de água Maiores/velhas Iluminadas Sob herbivoria Sinais de defesa Aleloquímicos Herbicidas Moléculas transportadas Respostas biológicas Germinação, sobrevivência, crescimento, alelopatia, nutrição foliar e respostas de defesa 6 indicam que até mesmo os hormônios vegetais podem estar relacionados ao aprendizado em plantas. Os cientistas concluíram que os neurônios dos animais não são a única estrutura viável para permitir o aprendizado. Com base nesses estudos, podemos imaginar que a interação das plantas com microrganismos e com outros vegetais deve desempenhar um papel importante nos processos de germinação e sucessão ecológica, impactando positivamente a biodiversidade de um ecossistema. Estes são ramos recentes da ecologia vegetal que devem se ampliar consideravelmente no futuro. TEMA 3 – MUDANÇAS CLIMÁTICAS: COMO AS PLANTAS SÃO AFETADAS Muitas pessoas não imaginam que o aquecimento global pode trazer consequências ao seu cotidiano. No entanto, isso está longe de ser verdade. O aquecimento anormal das águas oceânicas brasileiras, por exemplo, forneceu grande quantidade de umidade para formação das nuvens em São Paulo, que associadas a uma frente fria e o reforço de um sistema de baixa pressão atmosférica, marcaram o mês de fevereiro de 2023 com recordes de precipitação e 64 mortes. Segundo o Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais (Cemaden), o volume de chuva surpreendeu tanto pela quantidade quanto pela abrangência. Os volumes de chuva chegaram a 683 mm em Bertioga, 627 mm em São Sebastião, ou seja, em apenas 24h choveu mais que o dobro de toda a chuva que normalmente ocorre durante o mês de fevereiro (que geralmente gira ao redor de 200mm a 300mm). Nesse cenário, é importante compreender tanto como as plantas são afetadas quanto como elas podem abrandar as mudanças climáticas que temos enfrentado. Isto impacta fortemente a vida humana, a biodiversidade e a segurança alimentar: “Essas alterações já estão afetando tanto os ecossistemas naturais, quanto os ecossistemas manejados, visto que as plantas são intimamente dependentes das condições edafoclimáticas para seu crescimento e sobrevivência” (Habermann et al., 2020, p. 109). O Painel Intergovernamental de Mudanças climáticas (IPCC – Intergovernmental Panel of Climatic Change), em seus relatórios, tem apontado para mudanças significativas até meados deste século, indicando um aumento na concentração de CO2 na atmosfera podendo chegar a 720 μmol e uma elevação da temperatura de até +3 °C. Essas mudanças ocorrerão em conjunto com mudanças no padrão de precipitação. O mesmo relatório sugere que, na 7 parte oriental da Amazônia, poderá ocorrer um processo de savanização, ou seja, a substituição gradual da floresta tropical por vegetação similar a uma savana (Grandis; Godoi; Buckeridge, 2019, p. 1). Habermann et al. (2020, p. 109-120) realizaram um levantamento dos efeitos das mudanças climáticas em pesquisas de várias espécies de interesse econômico. As principais respostas frente às mudanças climáticas estão contempladas no Quadro 1. Quadro 1 – Principias respostas das plantas frente às mudanças climáticas Mudança Resposta Temperaturas elevadas Aumentar a demanda evaporativa das plantas e intensifica efeitos de déficit hídrico, limitando a produtividade vegetal. Aumento da concentração de CO2 Reduz a abertura estomática, resultando em menor taxa transpiratória, mas varia de acordo com o metabolismo fotossintético da espécie (C3, C4 ou CAM) Fonte: Habermann et al., 2020, p. 109-120. Dentre os estudos de Habermann et al. (2020, p. 109-120), destacaremos aqui parte dos resultados obtidos com cafeeiros e pés de cacau. Cafeeiros, por exemplo, são plantas C3 e precisam de temperaturas entre 18 ºC e 22 ºC para produção ótima. Em cenários de aquecimento, essas plantas perdem as folhas (acima de 28 ºC) e até mesmo as flores (acima de 34 ºC) impactando fortemente a produção. Um aquecimento entre 4 ºC e 8 ºC ocasionará perda de 25% da produção de grãos de café. Já em experimentos com maior concentração de CO2, apesar de os cafeeiros apresentarem maior taxa fotossintética e mais frutos, tiveram uma redução no conteúdo de nitrogênio em suas folhas, requerendo, portanto, maior adubação. Habermann et al. (2020, p 119) destacam outro estudo, que acompanhou o efeito da seca na Bahia entre 2015- 2016, relacionada ao El Niño, na produtividade do cacau (Theobroma cacao). Na ocasião, foi observado um aumento na mortalidade das plantas de cacau, além de significativa perda na produtividade. Não serão somente as plantas cultivadas ou de interesse econômico que sofrerão, ou já sofrem, com as mudanças climáticas. Em estudos de longo prazo realizado na Amazônia, as plantas aparentemente não demonstravam alterações nos primeiros anos de acompanhamento. Contudo, após 13 anos de 8 experimento, foi observado uma morte súbita das maiores árvores da área experimental devido a um colapso no sistema hidráulico das plantas. Esses estudos indicam uma forte necessidade de pesquisas de longo prazo para acompanhar e compreender o impacto das mudanças climáticas em ecossistemas nativos. Simulações indicam que até 2050, o aquecimento global de origem antrópica irá amplificar as queimadas no sul da Amazônia, liberando mais de 17 bilhões de toneladas de CO2 para a atmosfera, agravando as mudanças climáticas (Habermann et al., 2020, p. 109-120). As espécies latifoliadas, isto é, de folhas grandes, tendem a ser mais impactadas com aumento da temperatura e/ou seca. Como o resfriamento foliar ocorre em função da perda de água via transpiração, as plantas de folhas grandes possuem maior risco de danos frente a altas temperaturas do ar, especialmente quando a umidade do solo é limitada (Wright et al., 2017, p. 917- 992). Esse cenário nos leva a perguntar como as plantas podem auxiliar na estabilidade relativa do clima, foco do próximo tópico. TEMA 4 – MUDANÇAS CLIMÁTICAS: COMO AS PLANTAS CONTRIBUEM PARA A ESTABILIDADE RELATIVA DO CLIMA Parar evitar o aumento na temperatura global, o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (Intergovernmental Panel on Climate Change) destaca a necessidade de sequestrar carbono atmosférico, um dos principais elementos causadores da elevação da temperatura. Ao realizar a fotossíntese, as plantas sequestram carbono para seu metabolismo e o fixam na forma de matéria orgânica de seus corpos. Segundo Fauset et al. (2015, p. 1-9), somente a Amazônia, sozinha, responde por cerca de 14% do carbono assimilado por fotossíntese e abriga 17% de todo o carbono estocado na forma de vegetação em todo o planeta. Isso demonstra que este bioma é crucial no ciclo de carbono mundial e tem grande importância para o sequestro de carbono e diminuição do aquecimento global. Entretanto, apenas 1% de suas espécies são responsáveis por fixar 50% do carbono sequestrado em toda a Amazônia. Espécies de grande porte e alta densidade de madeira, como o angelim-vemelho (Dinizia excelsa), mesmo apresentando um número reduzido de indivíduos, contribuem expressivamente para a fixação de carbono. Embora o estudo sugira que concentrar os estudos 9 no pequeno número de espécies que possuam essas características possa facilitar sua compreensão,ele também destaca a necessidade de investigar todos os papéis ecológicos da floresta que está ameaçada devido ao desmatamento, à fragmentação e às mudanças climáticas. Além de fixar carbono e diminuir o aquecimento global, as plantas têm importante papel no regime de chuvas. As florestas latifoliadas como a Amazônia, isto é, que possuem espécies com folhas grandes, bombeiam enormes quantidades de água para atmosfera, contribuindo efetivamente para a formação de chuvas abundantes e benignas. Segundo o Ministério do Meio Ambiente (MMA, 2007, p. 29), a substituição das florestas amazônicas por pastagens e plantio de soja podem ter um forte impacto sobre a ciclagem da água na região. Uma vez que a área foliar da vegetação é reduzida, a evapotranspiração cai drasticamente, o que pode ter efeitos desastrosos no regime de chuvas, uma vez que metade das chuvas da Amazônia são atribuídas à água reciclada através da floresta: A alteração no regime de chuvas deverá ser uma das principais responsáveis pela savanização de grande parte do bioma, prevista nas simulações dos efeitos do aquecimento global. Estima-se que para a manutenção do atual regime de chuvas seja necessário manter cerca de 70% da cobertura florestal original. (MMA, 2007, p. 29) Observe as áreas áridas em um mapa mundi (Figura 2). Você já observou que há muitos desertos próximos ás latitudes 30° a 50°? Figura 2 – Mapa Mundi Crédito: Maiquel Jantsch/Shutterstock. 10 Curiosamente, na América do Sul não temos um deserto nessas mesmas latitudes. Por serem exceções à regra, o Sudeste, o Centro Oeste e o Sul do Brasil são chamadas pelos cientistas de quadrilátero afortunado. Esta área delimitada por Cuiabá, São Paulo, Buenos Aires e Santa Cruz de la Sierra, recebe grandes quantidades de chuvas formadas pelos chamados rios voadores, formados pela Floresta Amazônica (Costa, 2021, p. 1119-1134). Primeiramente, ocorre a emissão de compostos voláteis orgânicos (VOCs), que são percursores de condensação de vapor de água. Isso resulta em uma eficiente nucleação de nuvens. Na sequência, a fortíssima condensação causa rebaixamento da pressão atmosférica da floresta, sugando ar úmido do oceano para o continente. Por fim, há a exportação da água na forma de “rios aéreos de vapor” para áreas distantes no território brasileiro, em quantidades tão grandes que justificam a ausência de desertos na porção meridional da América do Sul (leste da cordilheira dos Andes) (Nobre, 2014, p. 2). Costa, em seu estudo apresentado em 2021 na revista Ciência Geográfica, comprovou que a evolução dos desmatamentos na Amazônia brasileira resultou na redução do período chuvoso de seis meses para três meses na cidade de Tupã (SP), além de contribuir para a elevação da temperatura local. Apesar de (por questões didáticas) focarmos na Amazônia até aqui, todas as plantas e os diferentes ecossistemas contribuem com diversos benefícios que permitem a vida e o desenvolvimento das atividades necessárias a humanidade. Esses benefícios serão o foco do próximo tópico. TEMA 5 – SERVIÇOS ECOSSISTÊMICOS Os ecossistemas trazem benefícios fundamentais para a sociedade em termos de manutenção, recuperação ou melhoria das condições ambientais, refletindo diretamente na qualidade de vida das pessoas e na economia em diversas escalas. O conjunto desses benefícios é designado como serviços ecossistêmicos, os quais, identificados e discutidos na Avaliação Ecossistêmica do Milênio (Millennium Ecosystem Assessment, 2005), incluem desde a regulação do clima até a produção de alimentos, água potável e medicamentos. Os serviços ecossistêmicos podem ser divididos em quatro categorias principais: 11 • Serviços de suporte: serviços que mantêm o funcionamento dos ecossistemas, como a formação do solo, a fotossíntese e a polinização; • Serviços de provisão: serviços que fornecem recursos diretos para os seres humanos, como alimentos, água, madeira, fibras e combustíveis; • Serviços de regulação: serviços que regulam os processos ecossistêmicos, como a regulação do clima, a purificação do ar e da água, o controle de doenças e a prevenção de desastres naturais; • Serviços culturais: serviços que fornecem benefícios culturais, como o valor estético, o recreativo e o espiritual. Segundo Ferraz et al. (2019, p. 58), a humanidade tem observado uma degradação rápida e profunda dos serviços ecossistêmicos nos últimos 50 anos, jamais vista em qualquer outro período análogo da história da humanidade. Esse declínio tem ocorrido devido ao crescimento populacional e uso desordenado dos ecossistemas, à lenta adaptação para uma econômica circular e devido às alterações climáticas globais. Dada a sua importância, cada vez mais estudos vêm sendo conduzidos mundialmente para a avaliação, o monitoramento, a modelagem e a valoração econômica dos serviços ecossistêmicos. Nesse contexto, o Pagamento por Serviços Ambientais (PSA) surge enquanto implementação de políticas voltadas à conservação ambiental por meio dos serviços ambientais. Este instrumento vem ocupando cada vez mais espaço na agenda ambiental brasileira. A compreensão e a valorização dos serviços ecossistêmicos são importantes para a conservação da biodiversidade e para a promoção do desenvolvimento sustentável. O PSA baseia-se no princípio da compensação por serviços ecossistêmicos. Consiste em reconhecer aqueles que proveem os serviços, chamados de protetores-recebedores, e recompensá-los por isso. O pagamento deve vir daqueles que se beneficiam do serviço (a sociedade local, regional ou global): “No Brasil, os mecanismos do princípio poluidor-pagador, que visavam punir os responsáveis pela degradação ambiental vêm sendo substituídos ou complementados por instrumentos de incentivos econômicos ou financeiros fundados no princípio do protetor-recebedor”, permitindo que no mecanismo de PSA “a participação de vários atores sociais interessados na gestão pública e privada ambiental, de forma democrática e valorizando o papel do conservador, 12 ou seja, daqueles que adotam práticas conservacionistas em suas atividades” (Ferraz et al., 2019, p. 61). Os mangues são exemplos de ecossistemas tanto ameaçados quanto incompreendidos. Estima-se que 20% do total da área de mangue tenha sido perdida apenas nos últimos 25 anos, principalmente devido à exploração madeireira, à expansão urbana e à produção de camarão. Mundialmente, muitos esforços de PSA têm mostrado êxito na proteção do mangue, como o Blue carbon, integrante do projeto Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation (mais conhecido como REDD+). Neste projeto, as comunidades recebem PSA pela quantidade de carbono sequestrado nos mangues. No entanto, muitos países apresentam dificuldades para implementação do programa devido ao direito de propriedade dos mangues, conforme explica Gasparinetti et al. (2018, p. 58): Os manguezais são bens públicos e controlados pelo governo. No entanto, para que o sistema de pagamentos funcione é preciso conceder direitos às comunidades locais, que devem ser responsáveis também pelo monitoramento e análise das mudanças no mangue ao longo do tempo. Portanto, para que o sistema de PSA funcione adequadamente, faz-se necessário ir para além da definição clara e consensual dos serviços ambientais, aprimorando as políticas públicas que facilitem sua implementação. Essa é uma necessidade urgente para a manutenção da biodiversidade e diminuição das mudanças climáticas. NA PRÁTICA Elabore uma breve resenha do vídeo Rios Voadores da Amazônia – sem floresta não tem água, de Bettina Ehrhardt, relacionando-o aos estudos presentes nesta etapa. Saiba mais Rios Voadores da Amazônia – sem floresta não tem água. GIZ Azul, 2019. Disponível em: . Acesso em: 5 maio 2023.13 FINALIZANDO Nesta etapa, aprendemos que a conservação da biodiversidade depende de muitos fatores, desde o monitoramento de espécies invasoras até a implantação de sistemas de pagamento por serviços ambientais. Também observamos que a ecologia vegetal tem expandido para várias áreas, que vão desde a compreensão de como as plantas se comunicam e aprendem até suas complexas relações com as mudanças climáticas. Espero que este estudo auxilie na formação de agentes transformadores da sociedade, cuja educação tem papel de destaque na formação de cidadãos preocupados e atuantes no presente e no futuro. 14 REFERÊNCIAS ABDALA, V. Mais de 200 plantas invasoras ameaçam vegetação nativa do país - Espécies causam danos à flora local. Agência Brasil, Rio de Janeiro, 26 mar. 2023. Disponível em: . Acesso em: 5 maio 2023. ARRIAL, L. G. R. et al. Casuarina (Casuarina equisetifolia L.): os riscos da espécie exótica invasora para a restinga do Cabo de Santa Marta, Laguna-SC. In: 31º SEMINÁRIO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DA UDSC, 2022. COSTA, L. C. Quadrilátero afortunado, desmatamentos na Amazônia entre 1992 e 2019, e impactos climatológicos no Oeste Paulista. Ciência Geográfica, Bauru v. XXV, n. 3, jan.-dez. 2021. FAUSET, S. et al. Hyperdominance in Amazonian forest carbon cycling. Nature Communications, v. 6, n. 6857, 2015. FERRAZ, R. P. D. et al. Marco referencial em serviços ecossistêmicos. 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