This dissertation contributes to debates in conservation biogeography by examining the spatial heterogeneity of local and regional tree diversity feature using ground and remotely sensed data, and by taking approaches to design a spatially explicit landscape zonation map for future conservation planning in western Amazon, one of the most biodiverse regions on Earth. Fine scale tree diversity and conservation-related studies took place in tropical rainforests in southeastern Ecuador, whereas coarse scale tree diversity research was conducted using data from eastern Ecuador and northern Peru. The lack of species assemblages within three 1-ha tree inventory plots in southeastern Ecuador and the weak correlations with biophysical environment implied that neutral processes may contribute to species diversity. In contrast, differences in species assemblages between plots corresponded to relative geographic locations of the plots, indicating that geographic distance or dispersal limitation may play an important role influencing diversity patterns at a regional scale. Species of high local abundance was found in 1-ha tree inventory plots in western Amazon. Changes in density of locally abundant species between western and eastern plots indicated that some species may have limited distributions. Shifts in species dominance and the significant relationship between floristic variation and geographic distances between plots implied dispersal limitation. Variation in rainfall showed significant relationship with species composition. Therefore, dispersal limitation and precipitation seasonality are potentially the most significant factors that contribute to spatial differences in tree diversity in western Amazon. Characteristics of canopy shadows and palm stem density based on fine-resolution aerial photographs were characterized as exploratory analyses to extract alpha and beta diversity features using remotely sensed data. A zonation map design using multispectral habitat classification and other remote sensing data performed well in its spatial arrangement when potential indigenous land use was integrated. Based on the results of analyses for conservation biogeography, this dissertation concludes that local and regional tree diversity may be influenced by dispersal limitation and seasonality, and that the application of remote sensing for biodiversity conservation is feasible in very species-rich forests. / text

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Wasserverfügbarkeit ist in Wäldern Mitteleuropas wie auch in anderen Regionen der Welt oftmals ein limitierender Faktor für die Produktivität eines Bestandes. Ebenso wurde bereits in zahlreichen Studien untersucht, inwiefern Biodiversität einen Einfluss auf die Produktivität von Pflanzengemeinschaften hat. Es gibt jedoch nur wenig Informationen darüber, wie sich Baumartenvielfalt auf die Wassernutzung eines Waldbestandes auswirkt. Die Wassermenge, die für Transpiration und Zuwachs unter gegebenen Umweltbedingungen zur Verfügung steht ist davon abhängig, wie gut Pflanzen den vorliegenden Wasservorrat nutzen können. Es wird angenommen, dass Wasserverfügbarkeit für den Bestand durch komplementäre Wasseraufnahme zwischen gemeinsam auftretenden Pflanzenarten steigt. Daher zählt eine komplementäre Nutzung von Resourcen in ökologischen Studien allgemein zu den wichtigen funktionellen Effekten von Artenvielfalt. Jedoch setzt Komplementarität vorraus, dass funktionale Eigenschaften bestimmter Arten es diesen ermöglichen, entweder für andere Arten nicht verfügbare Resourcen zu nutzen, oder aber die selbe Resource räumlich und/ oder zeitlich getrennt voneinander zu nutzen. In gemischten Pflanzengemeinschaften ist oftmals eine erhöhte Produktivität im Vergleich zu Monokulturen zu beobachten, welche häufig durch Aufteilung von Resourcen und eine damit verbundene effektivere Nutzung erklärt wird. Im mitteleuropäischen Raum hat die Einrichtung von gemischten Laubwäldern in den letzten Jahrzehnten deutlich zugenommen. Gleiches gilt für die Umwandlung von Monokulturen (z. B. Fichte) in Bestände mit höherer Artenvielfalt, insbesondere von Arten die an die jeweiligen Standortbedingungen angepasst sind. Dieses Konzept der „naturnahen“ Forstwirtschaft zielt auf eine nachhaltige Produktion, erhöhte Stabilität angesichts möglicher extremer klimatischer Verhältnisse und eine Verbesserung der Erholungsfunktion von Wäldern ab. Infolgedessen ist es jedoch möglich, das Bestände mit erhöhter Baumartenzahl ebenso einen vergleichsweise höheren Verbrauch an Wasser aufweisen, was wiederum in erhöhtem Stress bei Trockenperioden resultieren könnte. Ein derartiger Effekt wäre demnach gegensätzlich zu den Zielen einer naturnahen Forstwirtschaft. Das Ziel dieser Studie war, die Auswirkung von Baumartenvielfalt (-mischung) auf die Wassernutzung eines temperaten Laubmischbestandes zu untersuchen und einen Beitrag zum besseren Verständnis dieser Zusammenhänge zu leisten. Hierfür wurden Untersuchungen innerhalb kleiner Baumgruppen durchgeführt, so genannter „Cluster“, die aus drei Bäumen der Kronenschicht bestanden, welche der potenziellen natürlichen Vegetation im Waldgebiet Hainich angehören (Fagus sylvatica, Tilia sp., Fraxinus excelsior, Acer pseudoplatanus, and Carpinus betulus). Die Cluster (n = 100) beinhalteten alle theoretisch denkbaren Kombinationen der 5 Untersuchungsarten in Ein- Zwei- und Dreiart Baumgruppen (25 Artkombinationen auf drei Diversitätsstufen), wobei jede Kombination in vier Wiederholungen vorlag (20 Einart-, 40 Zweiart- und 40 Dreiart-Cluster). In der ersten Studie wurde getestet, ob stabile Isotope von Wasser (2H und 18O) unter den gegebenen Bodenbeschaffenheiten im Hainich genutzt werden können, um die Wasseraufnahmetiefe von Bäumen zu identifizieren. Stabile Isotope von Wasser werden mittlerweile immer häufiger eingesetzt, um die Tiefe der Wasseraufnahme von Pflanzen festzustellen. Dabei wird ein Isotopengradient, der sich im Boden als Folge von Evaporation bildet, genutzt. Damit sich ein solcher Gradient bilden kann, benötigt es daher eine ausgedehnte Periode der Bodenaustrockung. Durch einen Vergleich der Isotopensignatur zwischen Wasserproben aus dem Stammxylem und verschiedenen Bodentiefen lässt sich die Tiefe der Wasseraufnahme der Bäume ermitteln. Allerdings lässt sich aus bisherigen Studien entnehmen das Bodeneigenschaften (z. B. Textur) die Signatur von 2H und 18O im Bodenwasser beeinträchtigen können. In Laborversuchen wurde daher getestet, ob eine Variation der Bodenfeuchte, des Tongehalts oder des Vorkommens von Calciumcarbonat im Boden eine Auswirkung auf die Isotopensignatur von extrahiertem Bodenwasser hat. Im ersten Versuch wurden getrocknete Bodenproben unterschiedlichen Tongehalts mit unterschiedlichen Mengen Wasser bekannter Isotopensignatur wiederbefeuchtet. Im zweiten Versuch wurde außerdem vor der Wiederbefeuchtung das Carbonat aus Teilproben des Bodens chemisch entfernt (Kontrollproben blieben unbehandelt), um den Effekt von Carbonat zu ermitteln. Für die Extraktion des Wassers aus den Proben wurde die kryogene Vakuum-Extraktion angewandt. Die Versuchsergebnisse deuteten darauf hin, dass mit abnehmendem Wassergehalt und zunehmendem Tongehalt in der Bodenprobe eine deutliche Veränderung von δ2H and δ18O im extrahierten Wasser auftrat. Weiterhin bewirkte die Anwesenheit von Carbonat im Boden eine Abreicherung von δ18O im Bodenwasser, wohingegen δ2H nicht verändert wurde. Den Ergebnissen Zufolge könnte der Einfluss eines hohen Carbonatgehalts im Boden so stark sein, dass eine unabhängige Anwendung von δ2H and δ18O zu widersprüchlichen Ergebnissen bei der Schätzung der Wasseraufnahmetiefe in hydrologischen Studien führen kann. Daher ist es zu empfehlen, deratige Analysen nicht nur auf einem, sondern auf beiden Isotopen zu stützen und auch die physikalischen sowie chemischen Bodeneigenschaften zu untersuchen. Da die erste Studie gezeigt hat, dass insbesondere 18O durch den Carbonatgehalt im Boden beeinflusst werden kann, wurde in der zweiten Studie ausschließlich die natürliche Abundanz von 2H genutzt, um die Wasseraufnahmetiefe einzelner Baumarten (Fagus sylvatica, Tilia sp. and Fraxinus excelsior) und deren Mischung während einer Periode der Bodenaustrocknung zu untersuchen. Hierbei sollte die Hypothese getestet werden, dass die Tiefe der Wasseraufnahme sich zwischen den Baumarten unterscheidet, was zu einer komplementären Wassernutzung in den Mehrart-Clustern führt. Weiterhin wurde angenommen, dass die Wasseraufnahmetiefe mit zunehmendem Baumdurchmesser ebenfalls ansteigt. Um die Tiefenverteilung der Wasserentnahme sowie mögliche Auswirkung der Baumgröße auf diese zu identifizieren, wurde die isotopische Zusammensetzung von Xylem- und Bodenwasserproben aus Einart- und Mehrart-Clustern analysiert und miteinander verglichen. Dafür wurden Bodenproben aus fünf Tiefenintervallen (0-0.1, 0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.5, 0.5-0.7 m) in Stammnähe jedes untersuchten Baumes zusammen mit jeweiligen Stammproben entnommen. Mittels eines Isotopen Mischungsmodels konnte ermittelt werden, dass die relative Wasseraufnahmetiefe zwischen den Baumarten in Einart- sowie in Mehrart-Clustern variierte. Zusätzlich beeinflusste der Baumdurchmesser die Hauptaufnahmetiefe von Wasser in Mehrart-Clustern. Mit zunehmendem Durchmesser entnahmen die Bäume unabhängig von der Baumart Wasser vorwiegend aus vergleichsweise höheren Bodenschichten. Diese Resultate deuten auf eine Komplementarität in Bezug auf die relative Wasseraufnahme während einer Trockenperiode hin. Aufgrund des vorangegangenen Methodentests zu stabilen Isotopen wurde in dieser Studie lediglich 2H genutzt, um die Tiefe der Wasseraufnahme zu ermitteln. Zur Vollständigkeit wurde die Analyse jedoch auch mittels δ18O durchgeführt. Ebenso wie bei δ2H zeigte sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Signatur der Hauptaufnahmetiefe und den Durchmessern der Bäume. Obwohl bei direktem Vergleich (grafische Analyse) und in der Modelberechnung δ2H and δ18O gegensätzliche Resultate zur relativen Wasseraufnahmetiefen der Bäume ergaben, ist der Zusammenhang zwischen Baumdurchmesser und Hauptiefe der Wasserentnahme gleich. Der letzte Teil der Studie befasste sich mit dem Einfluss unterschiedlicher Baumartenkombinationen, Artenvielfalt, Bestandesstruktur und klimatischen Bedingungen auf die Menge der täglichen Bodenwassernutzung während der Austrockungsperiode. Die Hypothese für diese Studie war, dass sich die Menge der täglichen Wasseraufnahme zwischen den Baumarten unterscheidet und mit ansteigender Baumartenvielfalt zunimmt (gemessen auf Einart- Zweiart-und Dreiart-Clustern). Die tägliche Wassaufnahme (mm Tag-1) wurde mittels eines einfachen Modelansatzes für die Bodentiefe von 0-0.3 m auf allen 100 Clustern und für die Tiefe 0-0.7 m auf 16 Clustern berechnet. Bis auf eine geringfügig höhere Wasseraufnahme in Einart-Clustern von Fraxinus excelsior im Zeitraum von Juni bis Mitte September 2009, konnte weder ein Einfluss der Artidentität der Bäume noch der Artenvielfalt auf die Menge der Wasseraufnahme in den Clustern festgestellt wurden. Die An- oder Abwesenheit der fünf untersuchten Baumarten in den Clustern zeigte ebenfalls kein Einfluss auf die Menge der Wasseraufnahme. Es lässt darauf schließen, dass unter den gegebenen Umständen Arteingenschaften und Artenvielfalt einen untergeordneten Einfluß auf die Nutzung von Bodenwasser haben, welcher möglicherweise auch von anderen Faktoren überdeckt wurde. Denkbar wäre hierbei ein Einfluss der Krautschicht oder die räumliche Anordnung der Bäume im Bestand, wobei die wichtigste Einflussgröße die vorherrschende Globalstrahlung war. Obwohl innerhalb der Cluster keine deutlichen Unterschiede gefunden wurden, die durch Arteigenschaften oder Artenvielfalt bedingt wurden, ist es dennoch möglich, dass diese auf einer größeren räumlichen Skala auftreten können. In Bezug auf die Wassernutzung eines Bestandes lässt sich demnach schliessen, dass Artenvielfalt alleine keine geeignete Vereinfachung für ein sehr komplexes Netzwerk aus verschiedenen Interaktionen zwischen Arteigenschaften innerhalb und zwischen Arten, sowie Bestandeseigenschaften und Umweltbedingungen ist. Jeder dieser Bestandteile könnte sich auf zeitlicher und räumlicher Ebene unterschiedlich auf die Wassernutzung eines Waldbestandes, unabhängig von der Biodiversität des Bestandes auswirken. Weiterhin ist es für Altbestände, mit geringem menschlichen Eingriff denkbar, dass sich Bäume im Laufe der Zeit gemäß der ihnen zur Verfügung stehenden Resourcen räumlich verteilen, wodurch ausgeglichene Nachbarschaftsbeziehungen entstehen könnten. Diese Arbeit zeigte, dass sich die physikalische und chemische Beschaffenheit des Bodens auf die Isotopensignatur von Wasser auswirkt. Dennoch können Isotopenversuche zur Ermittlung der Tiefenverteilung der Wasseraufnahme in temperaten Wäldern angewandt werden. Die Wasseraufnahmetiefe der Baumarten unterschied sich zwischen Ein- und Mehrart-Clustern, und deutete in Mehrart-Clustern auf eine Komplementarität hin, die durch Durchmesserunterschiede bedingt war. Baumartenvielfalt per se erhöhte jedoch nicht die Menge der absoluten Wasseraufnahme in den Clustern. Demnach gab es auch keinen Hinweis darauf, dass eine erhöhte Wassernutzungseffizienz zu einer deutlich verstärkten Ausnutzung der Bodenwasserresourcen während einer Austrocknungsperiode führt.

The North Mountain of the Annapolis Valley, NS, in eastern Canada, is a ~200 km basalt ridge drained by many small first or second order streams in independent catchments. The area is fairly uniform geologically, presenting an opportunity to compare streams of similar chemistry, slope and aspect, that vary in other respects, such as invertebrate community structure. In this thesis, I examine two macroinvertebrate functional groups to determine key factors influencing their abundance, composition and diversity across catchments. Chapters 2 and 3 are concerned with the predatory invertebrate guild in eight of the streams, in two groups separated by ~65 km. In Chapter 2, I assessed factors influencing composition of the predator guild using similarity matrices. Similarity in predator composition declined with distance, and streams that were more similar in disturbance (spates) were more similar in predator composition. Similarity within one family, Rhyacophilidae, was related to similarity in fish population. Chapter 3 reports the results of laboratory experiments involving two widespread species. Field data suggested an asymmetric interaction between Sweltsa onkos (Plecoptera: Chloroperlidae) and Rhyacophila vibox (Trichoptera: Rhyacophilidae); behavioural observations in artificial streams supported this. In the presence of R. vibox, S. onkos had higher mortality and injury rates, and grew less. The results of these chapters suggest that, although disturbance is important in shaping community structure, the results of interspecific interactions can be detected at large scales. S. onkos can only attain high numbers in streams where fish predation reduces the abundance of R. vibox. Chapter 4 examines biodiversity patterns in the macroinvertebrate detritivore guild in 25 streams encompassing ~80 km of the ridge. Using density and richness of the detritivore community, detrital resource quantity, and top predator abundance, I looked for evidence in support of several mechanisms that can lead to positive species-energy relationships. Patterns conformed to expectations of the ‘More Individuals Hypothesis’. It appears that taxonomic richness of the detritivore guild increases with detrital resource availability because more taxa can attain their minimum viable population size where more resources are available.

Rove beetles (Staphylinidae) in Ontario soybean-hedgerow agroecosystems were surveyed in 2009-2010 to identify common, widespread species and assess their potential biological control of Soybean Aphid and Bean Leaf Beetle. The spatiotemporal distributions, habitat use, and co-occurrence of staphylinids with soybean pests were studied to provide a framework for future agroecological studies of biocontrol services in soybean. A taxonomic review of the Staphylinina (Staphylinidae: Staphylininae) (‘large rove beetles’) for the geographic area of study was conducted and identification keys were created to assist in future staphylinid research. Common soybean staphylinids were generally exotic, penetrated field interiors, utilized hedgerow habitat outside the growing season and co-occurred with pest populations during vulnerable life stages. Several species exhibited nocturnal activity in soybean foliage. Biocontrol of overwintering Soybean Aphid and Bean Leaf Beetle populations in hedgerows by staphylinids may occur in buckthorn canopies and leaf litter, respectively.

Over two thousand environmental, non-governmental organizations (ENGOs) exist in Canada, many of which are concerned with biodiversity. This thesis documents a participatory action research (PAR) project that was designed to identify and explore effective ENGO strategies for protecting biodiversity, key barriers that impede progress, and to develop actions for overcoming the barriers. The qualitative findings and outcomes, which are the product of interviews and workshops conducted over a fifteen month period, primarily with eleven selected ENGOs, are discussed and recommendations made. These results have been used to identify key principles to enable ENGOs to design more effective programs. To adequately protect biodiversity, many new programs, from local, highly specific to global and broad, will be needed. The study emphasizes the importance of both ENGOs and the general public being involved in such programs, and of focusing on the underlying causes, and not the symptoms, of the biodiversity crisis.

To manage underused urban grassy spaces like transmission lines as tall-grass prairie habitats or other endangered ecosystems, ecologists need to know how mowing, spraying and surrounding urban lands affect species richness and numbers of plants and animals along transmission lines. I conducted surveys along 48 transmission lines in Winnipeg, Manitoba in 2007-2009 to answer these questions, and I concluded that mowing and spraying should be reduced, but not eliminated, to increase butterflies and other arthropods, resources for butterflies and other arthropods, and arthropod prey for birds. However, the amount of nearby urban land reduced plant species richness and grassland bird abundance along lines more strongly than mowing or spraying, suggesting that lines with less nearby urban land should be selected for management as grassland bird habitats. Mowing and spraying can then be reduced along these lines to benefit other species, enabling urban lands like transmission lines to contribute to conservation.

Mining has always played an important role in human development. The growing demand for miningnowadays puts under threat biodiversity and ecosystem services, which leads to many conflicts based on choicebetween environment protection and social and economical development. Studying a case of a limestone quarryon Northern Gotland as one of the most representative cases of such conflict, gave an opportunity to investigateand analyze the cost of the decision-making in mining as well as interaction between stakeholders affecting andbeing affected by the decision from the perspective of the group opposing to mining. The research showedweakness of communication between the stakeholders; the weakness of the argument supporting social andeconomical development and giving it higher priority than the environment; and the best possible solution whichwould be turning the whole area of interest into a national park, even though such solution would not fulfilltheinterests of the mining company.

Biodiversity can be described as the total variation of life forms, where diversity ranges from gene level up to the ecosystem level. The diversity can be calculated in a number of ways, and this study use one of these methods. In this study empirical food webs have been used and analyzed, where eleven characters are defined and used as parameters to calculate the Euclidean distances between food webs that describe the variation that may exist within classes of terrestrial, marine and freshwater habitats. The class who stood out and showed the greatest diversity at the ecosystem level was the marine food webs, which showed a high value of the average euclidean distance. The other networks were not as distinctive and the average of the euclidean distance in these classes was comparatively low.

To manage underused urban grassy spaces like transmission lines as tall-grass prairie habitats or other endangered ecosystems, ecologists need to know how mowing, spraying and surrounding urban lands affect species richness and numbers of plants and animals along transmission lines. I conducted surveys along 48 transmission lines in Winnipeg, Manitoba in 2007-2009 to answer these questions, and I concluded that mowing and spraying should be reduced, but not eliminated, to increase butterflies and other arthropods, resources for butterflies and other arthropods, and arthropod prey for birds. However, the amount of nearby urban land reduced plant species richness and grassland bird abundance along lines more strongly than mowing or spraying, suggesting that lines with less nearby urban land should be selected for management as grassland bird habitats. Mowing and spraying can then be reduced along these lines to benefit other species, enabling urban lands like transmission lines to contribute to conservation.