I assessed forest dynamics, stand structure and composition using repeated measurements of permanent plots over twelve years, in areas logged according to RIL guidelines and areas logged conventionally (CL) in Sabah, Malaysia. I compared successful pathways between treatments and used stand dynamics data to estimate carbon fluxes and pools over twelve years. Matrix models were used to generate projections of carbon emissions, sequestration and storage over a thirty-year logging cycle. Stem density (439 stems ha^-1 (95% CI = 358 – 477), basal area (32 m² ha^-1 (95% CI = 23-44) ) and carbon stored in above ground biomass (AGB, 1160 Mg C ha^-1 (95% CI = 97 – 232)) did not differ from prelogging levels twelve years after RIL. There was no recovery of these years variables after CL (246 stems ha^-1 (95% CI = 200 – 303), basal area 20 m² ha^-1 (95% CI = 13-28), carbon in AGB 101 Mg C ha^-1 (95% CI = 58 – 157)). Mortality, growth and recruitment rates remained elevated throughout the study. Both damaged and undamaged trees experiencing high mortality, especially after CL. Stalled, tree-less gaps and vine-covered building phase forest covered 54% of the CL area and appeared to have increased over time. Closed canopy and tree-dominated building phase forest dominated the RIL areas (81%). Total carbon storage over a thirty year logging cycle after RIL is projected to be 40% higher than after CL and result in reduced emissions of 88 Mg C ha^-1 and increased sequestration of 27 Mg C ha^-1. The total carbon benefit of using RIL instead of CL in lowland dipterocarp forest is projected to be 196 Mg C ha^-1 over a cutting cycle. My comparisons and projections of emissions, sequestration and storage in above-ground biomass show that the carbon benefit of reduced-impact logging exceeds previous projections. RIL areas are likely to provide substantial co-benefits in timber stocking, biodiversity conservation and resilience to climate change compared with CL areas.

The purpose of this dissertation research was to investigate the spatial patterns of abundance, growth, and stand structure across the geographic ranges of tree species using dendroecological methods. I assessed whether the biogeographic paradigms of the abundant center hypothesis and the principle of ecological amplitude adequately characterize spatial patterns of tree abundance, climate response, and stand composition. The abundant center hypothesis is a longstanding, yet rarely tested assumption that the centers of geographic ranges represent ideal conditions where species can achieve their greatest abundance, and abundance declines with increasing distance from the range center. A corollary to the abundant center hypothesis is the concept of ecological amplitude, which predicts that species will be subject to greater environmental stress near range margins, and thus, will be more sensitive to environmental variability and occupy restricted sites in peripheral locations. To investigate ecological amplitude predictions regarding tree species of North America, I analyzed: (1) the abundance of red fir to directly test the abundant center hypothesis, (2) the response of longleaf pine growth to monthly climate variables at peripheral and interior sites, (3) the spatial pattern of annual growth sensitivity to climate in networks of tree-ring data for two widely-distributed species, and (4) the composition and structure of pine-oak stands at a central and a peripheral location within the ranges of several dominant tree species. The analyses presented here demonstrate that the abundant center hypothesis and ecological amplitude principle do not accurately characterize spatial patterns of abundance, growth, or stand composition among North American tree species. Lack of support for the abundant center/ecological amplitude paradigm suggests that current models of forest change and species’ range dynamics should be reconsidered, and new models should be developed based on empirical analysis of range structure and dynamics.

Thesis (M.S.)--Oregon State University, 2005. / Printout. Includes bibliographical references. Also available on the World Wide Web.

Thesis (Ph. D.)--Montana State University--Bozeman, 2004. / Typescript. Chairperson, Graduate Committee: Andrew J. Hansen. Includes bibliographical references.

Thesis (M.S.)--University of Wyoming, 2008. / Title from PDF title page (viewed on Mar. 26, 2010). Raw data available as a supplemental file in Microsoft Excel. Includes bibliographical references (p. 31-37).

Thesis (M.S.)--Montana State University--Bozeman, 2007. / Typescript. Chairperson, Graduate Committee: Cathy Whitlock. Includes bibliographical references (leaves 47-51).

Thesis (M.S.) in Ecology and Environmental Science--University of Maine, 2006. / Includes vita. Includes bibliographical references (leaves 55-60).

Thesis (Ph. D.)--Oregon State University, 2010. / Printout. Includes bibliographical references (leaves 125-136). Also available on the World Wide Web.

This thesis contributes to the understanding of two of the most intriguing questions that forest ecologists have faced over recent decades: 1) how high diversity is maintained in species-rich ecosystems; and 2) what is the role of spatio-temporal environmental variation in structuring forest communities. The aims of the research were to ascertain how species composition varies both spatially and temporally and how changes in the vegetation can be understood in the context of species coexistence theories (niche versus neutral). A group of 38 sympatric species, including 9 species of Quercus, on which little ecological research has been undertaken, were used in this study. The data used in this project include eleven years of periodic remeasurements of permanent plots established in high-altitude oak forests in Mexico. Adult, sapling and seedling trees were studied as well as their environmental surrounding. Spatial and temporal variations in forest composition were analysed using multivariate statistical approaches. The results show that there are discrete communities in these mixed oak forests that correspond to specific environments. At a broad scale the study area can be classified into two floristic zones, a mesic zone characterised by associations that include Quercus candicans, Q. laurina and Q. castanea and; a xeric zone dominated by Q. crassipes. However of a finer scale of analysis important variation in composition was associated with different life stages of the trees, with adult trees showing much stronger environmental associations than seedlings and saplings. Successional pathways and rates vary at relatively fine scales. This may be as a result of dominance alternation between dominant canopy species. Micro-niche zonation processes caused by a high degree of environmental heterogeneity combined with individual species traits explain the coexistence of phylogenetically similar sympatric Quercus species. A hierarchy of processes, each acting at a different spatial and temporal scale, determines species diversity and coexistence. The overall findings support the idea that niche differentiation rather than chance events such as dispersal limitation, are more important in permitting species coexistence.

Die Wälder Mitteleuropas wurden seit dem Neolithikum stark durch den Menschen beinflusst. Die meisten Wälder weisen keine naturnahe Struktur mehr auf, es fehlen große, alte Bäume ebenso wie stehendes und liegendes Totholz. Die Fortwirtschaft lässt die Herausbildung später Entwicklungsphasen mit alternden und absterbenden, zusammenbrechenden Baumindividuen nicht zu. Zahlreiche Studien haben jedoch die Bedeutung alter und zerfallender Waldbestände für spezialisierte Waldorganismen gezeigt. Die vorliegende Studie beabsichtigte, die Bedeutung der späten Sukzessions-Stadien für die Pflanzendiversität im Rahmen der natürlichen Dynamik eines unbewirtschafteten Fichtenwaldes (Picea abies (L.) Karst.) auf dem Brocken in Norddeutschland herauszustellen. Zusätzliche Untersuchungen behandelten die Autökologie epiphytischer Flechten in einer naturnahen, wenig belasteten Waldumgebung und das Potenzial alter und zerfallender Waldstadien für die Speicherung von Kohlenstoff. Die verschiedenen Untersuchungen bauen auf Plot-basierte Erhebungen in den verschiedenen Waldentwicklungsstadien auf, und bezogen dabei sowohl die Epiphyten- als auch die Bodenvegetation ein. Die Ergebnisse zeigen eindeutig die Bedeutung der späten Wald-Sukzessionsstadien für die Diversität von Epiphyten. Während die Artenvielfalt der Epiphyten in Alters- und Zerfallsstadien höher war als in jüngeren Sukzessionsstadien, unterschied sich die Bodenvegetation kaum zwischen den verschiedenen Sukzessionsstadien. Weiterhin unterschied sich die Zusammensetzung der Epiphytenvegetation im Zerfallsstadium deutlich von allen übrigen Stadien. Einige seltene Arten kamen vorwiegend auf den abgestorbenen Bäumen der Zerfallstadien vor. Hier entstehen große stehende und liegende Totholzobjekte, die auch in jüngeren Entwicklungsstadien erhalten bleiben (‚deadwood legacy’), und über den gesamten Waldentwicklungszyklus die Epiphytenansiedelung auf Bäumen ermöglichen. Es zeigte sich auch, die Präsenz alter und abgestorbener Bäume wichtiger war als die Kontinuität in der Waldbedeckung. Die Vegetation des studierten Urwaldes und eines benachbarten Sekundärwaldes, die beide viele alte und tote Bäume aufwiesen, hatten sich innerhalb von 200 Jahren stark angenähert. Untersuchungen der Vegetation des liegenden Totholzes bestätigten einen starken Einfluss der Substrateigenschaften Stammgröße und Holz-Zerfallsgrad. Der Kronenschlussgrad der Waldbestände hatte hingegen einen geringeren Einfluss. Totholz hat eine hohe Bedeutung für die Waldpflanzen-Diversität. Viele seltene Arten wuchsen ausschließlich auf liegendem Totholz, während viele häufige Arten, neben anderen Substraten, ebenfalls auf Totholz vorkamen. Während kleine Totholzobjekte kaum besiedelt wurden, beherbergten große Totholzobjekte eine artenreichere Epiphytenvegetation. Die höchste Epiphytendiversität wurde jenseits mittlerer Zerfallsgrade erreicht. Zusätzliche Untersuchungen von epiphytischen Flechten zeigten einen extremen Rückgang der acidophytischen Flechte Lecanora conizaeoides bei einer leichten Erhöhung des pH-Wertes der Baumrinden. Zudem zeigte sich, dass die Artenvielfalt der Epiphyten sich weniger zwischen lebenden und abgestorbenen Bäumen unterschied, als es unter höherer Luftverschmutzung. Zusätzlich wiesen biochemische Analysen der Flechten Hypogymnia physodes einen hohen Gehalt an Flechtenstoffen nach, die auch bei geringer Umweltbelastung die Aufnahme von Schwermetallen regulieren. Auch hier waren nur geringe Unterschiede zwischen den Proben von den verschiedenen lebenden und abgestorbenen Bäumen festzustellen. Es wurde außerdem nachgewiesen, dass die Alters- und Zerfallsstadien sich durch eine hohe Kohlenstoffspeicherung in Boden und Biomasse auszeichnen. Zusammen mit den Ergebnissen zur Pflanzendiversität, der Bedeutung der großen Totholz-Objekte sowie alter und abgestorbener Bäume, wurde die Bedeutung der Alters- und Zerfallsstadien klar bestätigt. Schutzmaßnahmen, die auf den Ausschluss der Bewirtschaftung großer Waldgebiete abzielen und damit die natürliche Herausbildung der Alters- und Zerfallsstadien zulassen, können sicher einen Rückgang der Biodiversität begrenzen und die Folgen des globalen Klimawandels abmildern.