Interaction between extreme weather events and mega‐dams increases tree mortality and alters functional status of Amazonian forests

• Published in: The Journal of applied ecology Vol. 56; no. 12; pp. 2641 - 2651
• Main Authors: Moser, Pamela, Simon, Marcelo Fragomeni, Medeiros, Marcelo Brilhante, Gontijo, Alexandre Bahia, Costa, Flávia Regina Capelotto, Macinnis‐Ng, Cate
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Blackwell Publishing Ltd 01.12.2019
• Subjects: Climate change; Dam construction; Dams; Density; Drought; Dry matter; Environmental assessment; Environmental impact assessment; Environmental risk; Extreme weather; Flood predictions; flood tolerance; Flooding; Floodplains; Floods; Foreign languages; Forests; functional traits; global warming; Hydroelectric dams; Mortality; Plant tissues; precipitation anomaly; Rainfall; River basins; Rivers; root tissue density; Stomata; stomata density; Survival; tree mortality; Trees; Weather; Madeira
• ISSN: 0021-8901; 1365-2664
• DOI: 10.1111/1365-2664.13498

Forest responses to changes in drought frequency is a critical matter for the future of Amazon forests under climate change, but equally important is the much less studied response to large floods, which may also increase tree mortality and change forest functionality. Further, forest vulnerability to flood is being exacerbated by large hydroelectric dams on Amazon rivers that put upland environments not adapted to flood at unique risk. To address this critical knowledge gap, we evaluated the effects of the extreme 2014 rainfall coupled with the newly constructed Jirau hydroelectric dam on tree survival and forest functionality, in the upper Madeira River basin. We used surveys of campinarana white‐sand forests (stems >1 cm in seven 1 ha plots) conducted before and after the extreme flood to test trait‐based ecological theory predictions of the impact of flood on overall community function. We found that flooding increased mortality by nearly five‐fold (from 3.2% to 15.1%), mostly in smaller trees. This large mortality induced significant and consistent shifts in community function, towards species with conservative life strategies: direct comparison of trait differences between surviving and dying trees showed that survivors had smaller, high density stomata, and higher leaf dry matter content, wood density and root tissue density (RTD). Size and density of stomata and RTD were the most important predictors of species mortality rates. Synthesis and applications. Although focused on a single event in one type of forest, this work highlights the general importance, and need for further study, of interaction between climate change and mega‐dams in Amazon forests. In particular, we expect that continued expansion of hydroelectric dams in Amazonia will likely intensify the impact of large floods on forests made newly vulnerable by these dams, with substantial effect on future forest functionality in expanded floodplain areas across the Basin. Hence, these interaction analyses should be required in the Brazilian legal instruments such as the environmental impact assessments and its accompanying Environmental Impacts Reports for large infrastructure projects in Amazon. Foreign Language RESUMO As respostas a mudanças na frequência de secas são um fator crítico desconhecido para o futuro das florestas amazônicas sob a ameaça de mudanças climáticas, mas igualmente importante são as respostas muito menos estudadas a grandes inundações, que também podem aumentar a mortalidade das árvores e alterar a funcionalidade das florestas. Além disso, a vulnerabilidade das florestas às inundações está sendo exacerbada pelas grandes represas hidrelétricas nos rios da Amazônia, que colocam ambientes de terra firme não adaptados a enchentes em risco eminente. Para abordar essa lacuna crítica do conhecimento, avaliamos os efeitos de interação da precipitação extrema de 2014, juntamente com a recém‐construída barragem hidrelétrica de Jirau, sobre a sobrevivência das árvores e a funcionalidade da floresta, na bacia do alto rio Madeira. Utilizamos levantamentos de Campinaranas (diâmetro >1 cm em sete parcelas de 1 ha) realizadas antes e depois do evento extremo de inundação para testar as predições da teoria ecológica de caracteres funcionais de impacto da seca sobre o funcionamento da comunidade. Descobrimos que as inundações aumentaram a mortalidade em quase cinco vezes (de 3,2% para 15,1%), principalmente em árvores menores. Esta elevada mortalidade induziu mudanças significativas e consistentes nos caracteres funcionais da comunidade, em relação às espécies com estratégias de vida conservadoras: a comparação direta das diferenças de características entre árvores sobreviventes e mortas mostrou que os sobreviventes possuíam estômatos menores e com elevada densidade, maior teor de matéria seca foliar, maior densidade de madeira e maior densidade de raiz. O tamanho e a densidade dos estômatos e a densidade radicular foram os preditores mais importantes das taxas de mortalidade das espécies. Síntese e aplicações. Embora focado em um único evento e em um tipo de floresta, este trabalho destaca a importância e a necessidade de estudos mais aprofundados sobre as interações entre mudanças climáticas e construção de hidrelétricas na Amazônia. Em particular, é provável que a expansão contínua de hidrelétricas na Amazônia intensificará o impacto de grandes inundações em florestas que estão se tornando mais vulneráveis ​​por essas barragens, com efeito substancial sobre funcionalidade das florestas no futuro em toda a Bacia. Portanto, essas análises de interação devem ser exigidas nos instrumentos legais brasileiros, como as avaliações de impacto ambiental ‐ EIA e seus respectivos Relatórios de Impactos Ambientais para grandes projetos de infraestrutura na Amazônia. Although focused on a single event in one type of forest, this work highlights the general importance, and need for further study, of interaction between climate change and mega‐dams in Amazon forests. In particular, we expect that continued expansion of hydroelectric dams in Amazonia will likely intensify the impact of large floods on forests made newly vulnerable by these dams, with substantial effect on future forest functionality in expanded floodplain areas across the Basin. Hence, these interaction analyses should be required in the Brazilian legal instruments such as the environmental impact assessments and its accompanying Environmental Impacts Reports for large infrastructure projects in Amazon.