Indivíduos, populações e espécies tendem a usar e selecionar habitats de modo não-aleatório. Consequentemente, a perda e a degradação de habitats geram impactos distintos sobre os organismos dependendo de seus atributos. Os efeitos da perda de habitat são claros – os organismos são eliminados ou desalojados por falta de habitat ou baixo sucesso reprodutivo. As consequências da degradação de habitat são mais sutis, e resultam na incapacidade de um ecossistema sustentar determinadas espécies. Como a perda e a degradação de habitat reduzem a disponibilidade de nichos, espera-se que táxons ecologicamente especializados e com requerimentos estreitos de nicho sejam mais propensos à extinção que generalistas. Organismos que são negativamente afetados por perda e degradação de habitat em geral exibem porte muito grande ou muito pequeno, baixa mobilidade, baixa fecundidade, reduzido recrutamento e estreitos requerimentos de nicho. Campos temperados constituem ambientes particularmente afetados por perda e degradação de habitat. No sudeste da América do Sul, como em muitas outras regiões do planeta, a expansão da agricultura e silvicultura são os principais responsáveis pela perda de habitat campestre. Os remanescentes de vegetação natural são usados para criação de gado, estando sujeitos à degradação pelo sobrepastejo, pisoteio e técnicas de manejo. Avaliar como a perda e degradação de habitat afetam a diversidade de organismos campestres é vital para o desenvolvimento de estratégias de conservação e manejo. A presente tese tem por objetivo investigar como a degradação e perda de habitat induzidas pela pecuária e silvicultura afetam a diversidade e a composição das comunidades de aves. Inicialmente, exploramos as relações entre variáveis de habitat e a composição da comunidade de aves num gradiente de altura da vegetação determinado por pastejo em campos litorâneos do Rio Grande do Sul. Posteriormente, avaliamos como variações no relevo interagem com variáveis de habitat e afetam a diversidade de aves em áreas de pecuária na Campanha gaúcha. Finalmente, avaliamos de que forma a perda de habitat resultante do estabelecimento de plantações industriais de celulose em áreas de campo afeta a composição de comunidades de aves campestres. Nossos resultados demonstram que a degradação de habitat decorrente do manejo de gado em campo nativo afeta a comunidade de aves de forma diferencial. Aves adaptadas a campos ralos ou generalistas tendem a ser beneficiadas pelo pastejo, ao passo que as espécies associadas à vegetação alta e densa são desfavorecidas. As variações na topografia reduzem os impactos da degradação de habitat nos campos. Essas variações interagem com o habitat e afetam de forma diferencial os distintos componentes da diversidade. Por outro lado, a perda de habitat decorrente da silvicultura gera um impacto de maior magnitude, alterando a composição das comunidades de aves e favorecendo aves não-campestres. Nesse contexto, impedir que novas áreas de campo nativo sejam convertidas em plantações de árvores passa a ser imperativo. Embora o manejo do gado aumente a diversidade em nível de paisagem ao criar um mosaico de manchas de vegetação de alturas distintas, maior atenção deve ser dada à manutenção e recuperação de formações densas de herbáceas de grande porte. Isso somente pode ser assegurado através de mudanças no regime do pastejo ou do desenvolvimento de técnicas de manejo alternativas. / Individuals, populations and species tend to select habitats in a non-random way. Consequently, habitat loss and degradation will have different impacts on organisms according to their traits. The effects of habitat loss are straightforward – organisms are eliminated or displaced because of the inexistence of adequate habitat or of low breeding success. Effects of habitat degradation are more subtle and result in the reduction of the capacity of an ecosystem to support some subsets of species. Since habitat loss and degradation reduce niche availability, ecologically specialized taxa with narrow niche requirements are expected to be more extinction prone than habitat generalists. Temperate grasslands have been strongly impacted by habitat loss and degradation. In southeastern South America, the expansion of agriculture and industrial pulpwood plantations are the main sources of habitat loss. Remnants of natural grassland vegetation are used for livestock ranching, being subject to habitat degradation from overgrazing, trampling and inadequate management techniques. The evaluation of how habitat loss and degradation affect the diversity of grassland organisms is vital for the development of management and conservation techniques. The main goal of this thesis is to evaluate how habitat degradation and loss related to cattle ranching and pulpwood plantations affect the diversity and composition of bird communities. We began by exploring the relationship between habitat variables and the composition of the bird community along a gradient of vegetation height determined by grazing in coastal grasslands of the state of Rio Grande do Sul. We then assessed how variations in the relief interact with habitat variables e affect the diversity of birds in rangelands of the Campanha gaúcha. Finally, we evaluated how habitat loss related with grassland afforestation for pulpwood plantations affects the composition of grassland bird communities. Our results demonstrate that habitat degradation resulting from livestock ranching in natural grasslands affects bird communities in a differential way. Birds adapted to stunted grasslands or habitat generalists tend to benefit from grazing, whereas tall-grass specialists are negatively affected. Variations in topography are responsible for reducing the impacts of habitat degradation in grasslands. These variations interact with habitat and have a differential effect on distinct components of diversity. On the other hand, the magnitude of the impact of habitat loss from afforestation is larger, altering the composition of bird communities and favoring a series of non-grassland species. In this sense, protecting remaining grasslands from afforestation is imperative. Although cattle ranching increases diversity at the landscape level by creating a mosaic of vegetation patches of different height, more attention should be given in maintaining and recovering dense formations of tall grassland plants. This can only be achieved by changing grazing regimes or developing alternative management techniques.

Uma questão que ainda instiga discussões na literatura ecológica é como explicar a coocorrência dinâmica e milenar de formações florestais e campestres sob um mesmo regime climático que tende a favorecer as primeiras, como ocorre atualmente com mosaicos florestacampo no sul do Brasil. A partir de meados do século XX, têm-se evidenciado um fenômeno mundial de avanço de elementos lenhosos sobre áreas abertas. Neste sentido, a modelagem dos processos ecológicos envolvidos na manutenção de ambas as formações numa escala de paisagem permite o esclarecimento dos mecanismos que atuam na manutenção dessa coexistência até o presente e permite prever estados futuros diante dos prognósticos de drásticas alterações climáticas globais já nas próximas décadas. Para tanto, desenvolveu-se um modelo espacialmente explícito (2D-aDGVM) que agrega um Modelo Adaptativo Global de Dinâmica de Vegetação (aDGVM) e ainda inclui heterogeneidades topográficas, propagação do fogo e dispersão de sementes. Este modelo busca satisfazer a necessidade de modelagem mais realista de processos biofísicos, fisiológicos e demográficos na escala de indivíduos e relacionados de forma adaptativa às variações ambientais e aos regimes de distúrbios, ao mesmo tempo que agrega importantes processos ecológicos espaciais, até então pouco ou nada abordados por esse grupo de modelos numa escala de paisagem. Com este modelo, avaliaram-se os efeitos das variações topográficas da radiação solar incidente e destas nos mecanismos de interação (feedbacks) positiva e negativa que surgem daqueles processos na escala de indivíduos e que definem localmente os limites da coexistência entre elementos arbóreos e herbáceos. Ainda, foram analisados os efeitos do aumento da temperatura, precipitação e CO2 atmosférico, desde o período pré-industrial até projeções futuras para as próximas décadas, na performance das diferentes fisiologias envolvidas, bem como no balanço daquelas interações entre as mesmas e, finalmente, na sensibilidade da dinâmica dos mosaicos floresta-campo. Os resultados evidenciaram que, sob o regime climático vigente, uma coexistência relativamente estável entre floresta e campo numa mesma paisagem é mantida por uma alta freqüência de distúrbios, que por sua vez, resulta do forte feedback positivo do acúmulo de biomassa inflamável da vegetação campestre na intensidade do fogo, proporcionado pela condição altamente produtiva do atual clima mesotérmico. Por outro lado, intensificadas pela declividade do terreno, as heterogeneidades espaciais afetaram o balanço dessas interações, interferindo nos padrões espaço-temporais relacionados ao comportamento do fogo e dependentes da densidade de elementos arbóreos. Ainda, tanto esses efeitos observados na escala das manchas de vegetação, como o arranjo espacial inicial das mesmas na paisagem, afetaram as taxas de expansão florestal. Em outras palavras, a manutenção da coexistência de duas formações vegetais constituídas por elementos de inerente assimetria competitiva é possível pela manutenção de uma maior conectividade daquela que propicia o distúrbio, superando a vantagem da outra, que por sua vez é dependente da densidade dos indivíduos. Numa escala de paisagem, isto causa a manutenção de uma baixa conectividade entre as manchas florestais, propiciando sua relativa estabilidade num contexto de dispersão predominante a curtas distâncias. Contudo, embora ambos os sistemas tenham apresentado incremento no crescimento, produtividade e fecundidade, observou-se uma sensibilidade maior no sentido de aumento das taxas de avanço florestal em resposta às projeções climáticas futuras, principalmente nos próximos 90 anos, mesmo na presença do fogo. Isto seria proporcionado pela vantagem fotossintética das árvores-C3 sobre gramíneas-C4 na presença do fogo sob altas concentrações de CO2 atmosférico. Por fim, uma abordagem mais sistêmica dos mosaicos como estados alternativos mostrou ser adequada para o entendimento dos mecanismos que propiciam essa coexistência dinâmica na paisagem. / A longstanding problem in ecology is how to explain the coexistence over thousands of years of forests and natural grasslands under the same climatic regime, which favors the first, such as in forest-grasslands mosaics in South Brazil. Since the middle of the 20th century, a worldwide bush encroachment phenomenon of woody invasion in open vegetation has been threatening this relatively stable coexistence. In this sense, modelling ecological processes that arbitrate the maintenance of both vegetation formations at the landscape scale allows a better understanding of the mechanisms behind the maintenance of this coexistence, as well as predictions of future states under projections of drastic climate change over the next decades. For this, we developed a bidimensional spatial explicit model (2D-aDGVM) that aggregates an adaptive Global Vegetation Model (aDGVM), which includes topographic heterogeneity, fire spread and seed dispersal. The model aims at fulfilling the need for a more realistic representation of biophysical, physiological and demographical processes using an individualbased approach as it adapts these processes to environmental variations and disturbance regimes. In addition, the model includes important spatial ecological processes that have gained less attention by such models adopting a landscape-scale approach. Therefore, we evaluated the effect of topographic variations in incoming solar radiation on positive and on negative feedbacks that rise from those individual-based processes, and which in turns define the limiting thresholds upon which woody and grassy forms coexist. Additionally, the effects of increasing temperature, rainfall and atmospheric CO2 levels on the performance of distinct physiologies (C3-tree and C4-grass) were analyzed, as well as the sensitivity of forestgrassland mosaics to changes in climate from the preindustrial period to the next decades. Results showed that a relatively stable coexistence of forests and grasslands in the same landscape was observed with more frequent fires under the present climatic conditions. This was due to strong positive feedbacks of the huge accumulation of flammable grass biomass on fire intensity promoted by the high productivity of the present mesic conditions. On the other hand, spatio-temporal density dependent processes linked to fire and enhanced by slope at the patch scale, as well as the initial spatial arrangement of vegetation patches affected the rate of forest expansion at the landscape scale. The persistence of coexisting vegetation formations with an inherent asymmetry of competitive interactions was possible when the higher connectivity of the fire-prone patches (grassland) affected negatively the performance of the entire fire-sensitive system (forest). This was possible by overcoming its local densitydependent advantage, or by maintaining it with a low connectivity, which is expected to reduce the rate of coalescence of forest patches in a scenario of predominantly short distance dispersal. Despite the increments in biomass production, stem growth and fecundity that were observed in both grassland and forest, climate change increased the rates of forest expansion over grasslands even in presence of fire, and mainly over the next 90 years. This was attributed to a high photosynthetic advantage of C3-trees over C4-grasses in presence of fire under higher atmospheric CO2 levels. Finally, in the face of the general observed tendency of forest expansion over grasslands, the ancient grasslands have persisted as alternative ecosystem states in forest-grassland mosaics. In this sense, exploring this dynamic coexistence under the concept of alternative stable states have showed to be the most appropriate approach, and the outcomes of this novel perspective may highlight the understanding of the mechanisms behind the long-term coexistence.

(Cartografia morfopedológica e de ocupação das terras como subsídio à avaliação ecológica: o caso dos campos de planalto em Itararé, SP). Duas abordagens cartográficas pouco utilizadas no Brasil, morfopedológica e de ocupação das terras, foram aplicadas como parte de um projeto de análise florística, fitogeográfica, ecológica e de conservação dos remanescentes de campos de planalto, na porção sul do município de Itararé, São Paulo (escala 1:50.000). As duas abordagens traduzem em termos ecológicos a paisagem. A carta morfopedológica mapeia unidades cuja evolução, estrutura e problemática sejam correlacionadas, correspondendo a interações específicas entre o material, o modelado, a morfogênese e a pedogênese sob condições climáticas precisas; a carta de ocupação das terras mapeia uma combinação entre as formações vegetais e a influência humana em um território. Ambas as abordagens têm um potencial pouco explorado na gestão da paisagem e no ordenamento territorial no Brasil. (Análise florística e fitogeográfica dos campos de Itararé, São Paulo). A região de Itararé, no sudoeste do estado de São Paulo, junto à divisa do estado do Paraná, possui uma considerável diversidade climática, geológica, pedológica, florística e paisagística, onde ainda podem ser encontrados remanescentes significativos e bem preservados de campos de planalto, uma formação singular e pouco conhecida no estado de São Paulo. Como um primeiro passo para estudar a ecologia dos campos de planalto de Itararé e subsidiar um plano para sua conservação, a flora dos campos foi analisada. Um intensivo levantamento possibilitou a preparação de uma lista florística com 1.000 espécies em 120 famílias, dentre as quais 23 espécies são novas ocorrências para o estado de São Paulo, 71 são consideradas espécies vulneráveis e 22 em perigo, segundo a lista de plantas ameaçadas do estado de São Paulo. As oito famílias que mais contribuem para a riqueza de espécies são: Asteraceae (17,8 %); Poaceae (9,7 %); Fabaceae (7,0 %); Myrtaceae (4,1 %); Cyperaceae (3,9 %); Melastomataceae (3,9 %); Rubiaceae (3,2 %) e Apocynaceae (2,9 %). Uma análise de agrupamento foi efetuda para avaliar o posicionamento fitogeográfico dos campos de planalto de Itararé entre 47 listas florísticas disponíveis para localidades das regiões Sul e Sudeste e dos estados da Bahia, Goiás e Distrito Federal. Uma análise de correspondência canônica indicou as variáveis isotermalidade, sazonalidade térmica e precipitação do mês mais úmido como as mais correlacionadas com a distribuição das espécies dos campos. (Estrutura dos campos e suas relações com o ambiente em Itararé, SP). A estrutura ecológica dos campos na região sul de Itararé, sudoeste do estado de São Paulo, Brasil, foi estudada em uma área de 32.697 ha. Esses fragmentos de campo ainda estão relativamente preservados. O objetivo deste trabalho é diferenciar os tipos de campos existentes na região de Itararé e caracterizar suas relações com variáveis ecológicas. Foi empregada a estratégia de amostragem estratificada aleatória. O critério de estratificação da paisagem foi produzido por meio da interseção do mapa morfopedológico com zonas de influência microclimáticas. A composição florística e sua abundância/cobertura, junto com descritores sobre o meio físico e a estrutura da vegetação, foram obtidos em 115 levantamentos distribuídos pelas unidades de amostragem. Através da aplicação de métodos de estatística multivariada (análise de agrupamentos, de espécies indicadoras e ordenações) foram identificados 4 tipos de campos com suas respectivas espécies indicadoras. O gradiente mais importante presente na matriz de dados está relacionado com o fator umidade. / Two cartographic approaches little used in Brazil, morphopedologic and land occupation, have been applied as part of a project to analyze the flora, phytogeography, ecology and conservation of grassland fragments of the southern portion of the Itararé county in São Paulo State. Both approaches translate the landscape in ecological terms. The morphopedologic theme maps units whose evolution, structure and problematic are correlated, corresponding to specific interactions between the material, the relief, morphogenesis and pedogenesis under precise climatic conditions. The land occupation theme maps the combination between the plant formations and the human influence in a territory. Both approaches have a potential little explored in landscape management and in land zoning in Brazil. ¶ (Floristic and phytogeography of the grasslands of Itararé, São Paulo). The region of Itararé, in southwestern of São Paulo state, at the border with the state of the Paraná, has a considerable climatic, geologic, pedologic, floristic and landscape diversity, where it\'s possible to find significative and well preserved grassland fragments, a singular and little known vegetation type in state of São Paulo. As a first step to study the ecology of the Itararé grasslands and to underpin a conservation plan, the flora of the fields was analyzed. An intensive survey made possible to prepare a floristic list with 1.000 species in 120 families, amongst them 23 new records for the State of São Paulo, 71 vulnerable and 22 endangered species according the Red List of São Paulo State. The eight families with major contributions to the species richness are: Asteraceae (17,8 %); Poaceae (9,7 %); Fabaceae (7,0 %); Myrtaceae (4,1 %); Cyperaceae (3,9 %); Melastomataceae (3,9 %); Rubiaceae (3,2 %) and Apocynaceae (2,9 %). A cluster analysis was performed to evaluate the phytogeographic position of the Itararé grasslands among 47 floristic lists available for South and Southeastern Brazil, as well for the states of Bahia, Goiás and Federal District. A canonical correspondence analysis indicated the climatic variables isothermality, temperature seasonality and precipitation of wettest month as the most correlated with species distribution of grasslands.¶ (Grasslands structure and relations with environment in Itararé, SP). The ecological structure of the grassland in the South region of Itararé, located in southwest of São Paulo state, Brazil, was studied over an area of 32.697 ha. These grassland fragments are still relatively well preserved. The goal of this paper is to distinguish the types of grassland present in the Itararé region and to characterize their relationship with ecological variables. A stratified random sampling strategy was used and the landscape stratification criterion was produced by an intersection of the morphopedologic map with a microclimatic zones layer. Species composition and cover/abundance, together with structural and abiotic parameters were recorded in 115 relevés distributed throughout the sampling units. By the application of multivariate statistical analysis methods - such as cluster analysis, indicator species analyses, and ordination techniques - four grasslands vegetation types were identified with its diagnostic species. The most important ecological gradient present in the data matrix is related with humidity.

Uma questão que ainda instiga discussões na literatura ecológica é como explicar a coocorrência dinâmica e milenar de formações florestais e campestres sob um mesmo regime climático que tende a favorecer as primeiras, como ocorre atualmente com mosaicos florestacampo no sul do Brasil. A partir de meados do século XX, têm-se evidenciado um fenômeno mundial de avanço de elementos lenhosos sobre áreas abertas. Neste sentido, a modelagem dos processos ecológicos envolvidos na manutenção de ambas as formações numa escala de paisagem permite o esclarecimento dos mecanismos que atuam na manutenção dessa coexistência até o presente e permite prever estados futuros diante dos prognósticos de drásticas alterações climáticas globais já nas próximas décadas. Para tanto, desenvolveu-se um modelo espacialmente explícito (2D-aDGVM) que agrega um Modelo Adaptativo Global de Dinâmica de Vegetação (aDGVM) e ainda inclui heterogeneidades topográficas, propagação do fogo e dispersão de sementes. Este modelo busca satisfazer a necessidade de modelagem mais realista de processos biofísicos, fisiológicos e demográficos na escala de indivíduos e relacionados de forma adaptativa às variações ambientais e aos regimes de distúrbios, ao mesmo tempo que agrega importantes processos ecológicos espaciais, até então pouco ou nada abordados por esse grupo de modelos numa escala de paisagem. Com este modelo, avaliaram-se os efeitos das variações topográficas da radiação solar incidente e destas nos mecanismos de interação (feedbacks) positiva e negativa que surgem daqueles processos na escala de indivíduos e que definem localmente os limites da coexistência entre elementos arbóreos e herbáceos. Ainda, foram analisados os efeitos do aumento da temperatura, precipitação e CO2 atmosférico, desde o período pré-industrial até projeções futuras para as próximas décadas, na performance das diferentes fisiologias envolvidas, bem como no balanço daquelas interações entre as mesmas e, finalmente, na sensibilidade da dinâmica dos mosaicos floresta-campo. Os resultados evidenciaram que, sob o regime climático vigente, uma coexistência relativamente estável entre floresta e campo numa mesma paisagem é mantida por uma alta freqüência de distúrbios, que por sua vez, resulta do forte feedback positivo do acúmulo de biomassa inflamável da vegetação campestre na intensidade do fogo, proporcionado pela condição altamente produtiva do atual clima mesotérmico. Por outro lado, intensificadas pela declividade do terreno, as heterogeneidades espaciais afetaram o balanço dessas interações, interferindo nos padrões espaço-temporais relacionados ao comportamento do fogo e dependentes da densidade de elementos arbóreos. Ainda, tanto esses efeitos observados na escala das manchas de vegetação, como o arranjo espacial inicial das mesmas na paisagem, afetaram as taxas de expansão florestal. Em outras palavras, a manutenção da coexistência de duas formações vegetais constituídas por elementos de inerente assimetria competitiva é possível pela manutenção de uma maior conectividade daquela que propicia o distúrbio, superando a vantagem da outra, que por sua vez é dependente da densidade dos indivíduos. Numa escala de paisagem, isto causa a manutenção de uma baixa conectividade entre as manchas florestais, propiciando sua relativa estabilidade num contexto de dispersão predominante a curtas distâncias. Contudo, embora ambos os sistemas tenham apresentado incremento no crescimento, produtividade e fecundidade, observou-se uma sensibilidade maior no sentido de aumento das taxas de avanço florestal em resposta às projeções climáticas futuras, principalmente nos próximos 90 anos, mesmo na presença do fogo. Isto seria proporcionado pela vantagem fotossintética das árvores-C3 sobre gramíneas-C4 na presença do fogo sob altas concentrações de CO2 atmosférico. Por fim, uma abordagem mais sistêmica dos mosaicos como estados alternativos mostrou ser adequada para o entendimento dos mecanismos que propiciam essa coexistência dinâmica na paisagem. / A longstanding problem in ecology is how to explain the coexistence over thousands of years of forests and natural grasslands under the same climatic regime, which favors the first, such as in forest-grasslands mosaics in South Brazil. Since the middle of the 20th century, a worldwide bush encroachment phenomenon of woody invasion in open vegetation has been threatening this relatively stable coexistence. In this sense, modelling ecological processes that arbitrate the maintenance of both vegetation formations at the landscape scale allows a better understanding of the mechanisms behind the maintenance of this coexistence, as well as predictions of future states under projections of drastic climate change over the next decades. For this, we developed a bidimensional spatial explicit model (2D-aDGVM) that aggregates an adaptive Global Vegetation Model (aDGVM), which includes topographic heterogeneity, fire spread and seed dispersal. The model aims at fulfilling the need for a more realistic representation of biophysical, physiological and demographical processes using an individualbased approach as it adapts these processes to environmental variations and disturbance regimes. In addition, the model includes important spatial ecological processes that have gained less attention by such models adopting a landscape-scale approach. Therefore, we evaluated the effect of topographic variations in incoming solar radiation on positive and on negative feedbacks that rise from those individual-based processes, and which in turns define the limiting thresholds upon which woody and grassy forms coexist. Additionally, the effects of increasing temperature, rainfall and atmospheric CO2 levels on the performance of distinct physiologies (C3-tree and C4-grass) were analyzed, as well as the sensitivity of forestgrassland mosaics to changes in climate from the preindustrial period to the next decades. Results showed that a relatively stable coexistence of forests and grasslands in the same landscape was observed with more frequent fires under the present climatic conditions. This was due to strong positive feedbacks of the huge accumulation of flammable grass biomass on fire intensity promoted by the high productivity of the present mesic conditions. On the other hand, spatio-temporal density dependent processes linked to fire and enhanced by slope at the patch scale, as well as the initial spatial arrangement of vegetation patches affected the rate of forest expansion at the landscape scale. The persistence of coexisting vegetation formations with an inherent asymmetry of competitive interactions was possible when the higher connectivity of the fire-prone patches (grassland) affected negatively the performance of the entire fire-sensitive system (forest). This was possible by overcoming its local densitydependent advantage, or by maintaining it with a low connectivity, which is expected to reduce the rate of coalescence of forest patches in a scenario of predominantly short distance dispersal. Despite the increments in biomass production, stem growth and fecundity that were observed in both grassland and forest, climate change increased the rates of forest expansion over grasslands even in presence of fire, and mainly over the next 90 years. This was attributed to a high photosynthetic advantage of C3-trees over C4-grasses in presence of fire under higher atmospheric CO2 levels. Finally, in the face of the general observed tendency of forest expansion over grasslands, the ancient grasslands have persisted as alternative ecosystem states in forest-grassland mosaics. In this sense, exploring this dynamic coexistence under the concept of alternative stable states have showed to be the most appropriate approach, and the outcomes of this novel perspective may highlight the understanding of the mechanisms behind the long-term coexistence.

L'adozione di (agro)ecosistemi sostenibili viene indicata come una efficace strategia in grado sequestrare carbonio (C) nel suolo, mitigando così il cambiamento climatico e migliorando la fertilità. Sebbene il potenziale di sequestro del C della non-lavorazione (NT) sia stato generalmente sovrastimato, esso risulta essere di 0,26 Mg ha-1 anno-1 superiore rispetto al regime arativo. Inoltre, il 76,6% di questo quota è localizzato in frazioni considerabili come relativamente stabili. Il NT aumenta lo sviluppo radicale delle colture erbacee (es. mais, soia, frumento) negli stati superficiali del suolo (0-5 cm). Le correlazioni tra i parametri di densità radicale e le proprietà fisiche del suolo mostrano come lo sviluppo radicale sia un fondamentale indicatore di qualità del suolo in NT. I residui delle cover crops influenzano le emissioni di protossido d’azoto (N2O) in NT: i residui di segale favoriscono l'immobilizzazione dell’azoto (N), aumentandone così l'efficienza d’utilizzo e diminuendo le emissioni, mentre i residui di veccia vellutata aumentano l’N2O come conseguenza della mineralizzazione dell’N. Le emissioni di N2O e la produttività dei prati stabili possono essere positivamente correlate, perché meccanismi diversi rispetto alla regolazione indotta dalla disponibilità di N possono controllare l'N2O: il C potrebbe essere un principale fattore di regolazione per nitrificazione e denitrificazione. / Adoption of sustainable (agro)ecosystems has been widely suggested to increase soil organic carbon (C) sequestration, to mitigate climate change and enhance soil fertility. Although its carbon sequestration potential has been generally overestimated, no-till (NT) results in an extra C sequestration of 0.26 ± 0.18 Mg ha-1 yr-1 as compared to conventional tillage and 76.6% of this extra C is located in C pools which could be considered relatively stable. NT increases root development of field crops (i.e. maize, soybean, winter wheat) in the top soil (0-5 cm), while does not in the deeper soil (5-60 cm). Positive correlations between root density and soil physical parameters shows how roots are main drivers of soil physical properties under NT. Cover crop residues may affect nitrous oxide (N2O) emissions under NT: rye residues enhances soil-nitrogen (N) immobilization, thus increasing N use efficiency and decreasing N2O, while hairy vetch residues as cover crop under NT increases N2O as a consequence of soil-N mineralization. N2O emissions and shoot productivity may be positive correlated in grasslands, because other mechanisms than plant-induced regulation of soil N pool may control N2O: C could be a major factor regulating nitrification and denitrification processes.

Cette thèse avait pour objectif de tester l’effet croisé de la gestion et de sécheresses extrêmes liées au changement climatique sur les interactions biotiques entre plantes, la biodiversité, la composition floristique et le fonctionnement écosystémique de pelouses caractéristiques du sud de l’Europe, en bordure occidentale calcaire du Massif Central français. Des sècheresses printanières et une fauche régulière ont été appliquées expérimentalement suivant un plan factoriel sur deux types de communautés situées, en Dordogne, dans des conditions de sols contrastées: les Mesobromion (pente nulle) et les Xerobromion (pente forte convexe et exposition sud). Les résultats ont validé des modèles théoriques prédisant un effondrement des interactions biotiques à l’extrémité sévère d’un gradient de stress, surtout si le système est soumis à de la perturbation. La réponse des pelouses était très dépendante de la communauté considérée. La sècheresse a diminué la biodiversité et altéré la composition floristique des Xerobromion. Ceci s’explique par la combinaison au sein de cette communauté d’un grand nombre de contraintes (sècheresse expérimentale, stress hydrique dû à l’exposition sud et forte perturbation physique induisant notamment un effondrement de la facilitation et un stress édaphique important). Les Mesobromion étaient plutôt affectés par la fauche qui a augmenté leur biodiversité via une diminution du couvert de graminoides compétitrices. En Europe du sud, et dans un contexte de changement climatique, nous recommandons de maintenir des pratiques de gestion basées sur la perturbation dans les Mesobromion et de se focaliser plutôt sur la conservation d’espèces peu tolérantes à la sècheresse dans les Xerobromion. / This PhD aimed at testing the crossed effects of management and extreme droughts linked to climate change on plant biotic interactions, biodiversity, composition and ecosystem functions of extensive grasslands from Southern Europe, at the Western calcareous boundary of the French Central Massif. Extreme spring droughts and a mowing-based management were experimentally applied in a factorial design in the Dordogne department on two communities with contrasted soil conditions: the Mesobromion (null slope) and the Xerobromion (steep convex slope and southern exposure). Our results support theoretical models predicting a collapse of biotic interactions at the severe end of a stress gradient, especially if the system is subject to disturbance. Grassland responses were strongly dependent on local environmental conditions. Drought decreased biodiversity and altered composition in the Xerobromion community. This is explained by the combination of several constraints (experimental drought, water stress due to southern exposition and physical disturbance which induces a collapse of facilitation and an important edaphic stress) in this community. The Mesobromion community was rather affected by mowing, which increased biodiversity through a reduction of competitive graminoids cover. In Southern Europe, and in a climate change context, we recommend maintaining disturbance-based management in the Mesobromion communities and focusing on the conservation of species with a poor tolerance to drought in the Xerobromion communities.

Les prairies de montagne offrent de nombreux services ecosystémiques qui sont menacés par le changement global. Les traits fonctionnels constituent un outil prometteur pour caractériser les réponses des communautés à des changements de conditions environnementales et leurs répercussions sur les services associés. Cependant, des résulats de plus en plus nombreuses soulignent l’importance de la variabilité intra-spécifique des traits a également été mise en évidence. Pour étudier ces effets, je propose un nouveau modèle à base d’agents, MountGrass, qui combine la modélisation de communautés végétales riches en espèces avec des processus de plasticité phénotypique. Ces deux éléments au coeur du modèle sont associés grâce à des compromis d’allocation basés sur des patrons empiriques établis de stratégies d’utilisation des resources.Avec MountGrass, j’ai exploré l’impact de la plasticité phénotypique sur la croissance individuelle et les propriétés principales des communautés prairiales. À l’échelle individuelle, le modèle paramétré a révélé un fort impact positif de la plasticité phénotypique sur la croissance mais aussi sur la niche fondamentaledes espèces. Des phénomènes de convergence et de réduction de la sensibilité aux variations de conditionsexpliquent ces effets. À l’échelle des communautés, les simulations ont confirmé de forts effets de la plasticité sur la structure des communautés et leur diversité spécifique. Ces effets sont expliqués par l’effet combiné de la réduction du filtre abiotique et de la réduction des différences de compétitivité. Cependant, aucun effet majeur sur la stratégie dominante ou la productivité n’a pu être mis en évidence.Des implémentations alternatives ou des extensions du modèle devraient permettre de tester la robustesse des résultats obtenus et d’analyser d’autres schémas de dynamiques des communautés. En conclusion, ce travail ouvre la voie à une meilleure considération et une meilleure compréhension du rôle des variabilités intra-spécifiques dans les dynamiques des communautés végétales. / Mountain grasslands provide numerous ecosystem services that are likely to be impacted by global change. Plant functional traits hold great promise to succinctly characterise plant community response to changing environmental conditions and its effect on associated services; with growing evidence of the importance of intra-specific trait variability. I propose here a novel agent-based model, MountGrass, that combines the modelling of species rich grassland communities with phenotypic plasticity. These two key components are integrated via allocation trade-offs based on established empirical patterns of strategic differentiation in resource-use.With MountGrass, I explored the impact of phenotypic plasticity on individual plant growth and on main properties of grassland communities. At the individual level, the parametrised model revealed a strong impact of plasticity on growth and species’ fundamental niches, with potentially large impacts on community properties. These effects are explained by the convergence of species’ strategies and the reduction of the sensitivity to variable conditions. At the community level, simulations confirmed the strong effect of plastic allocation on community structure and species richness. These effects are driven by the cumulative effect of a reduction of both abiotic filtering and fitness differences between species. However, no clear effect on the dominant strategy or productivity could be detected.Going further, the robustness of these findings and other patterns of community dynamics should be analysed with alternative or extended implementations of MountGrass. In sum, this work opens a door towards a better integration and understanding of the role of the intra-specific variability in complex plant community dynamics.

Semi-natural grasslands of the eastern Moravia have big potential to host species-rich plant communities. However, changes in land-use during the second half of the last century were rapid and vast and many grasslands had been ploughed over. In the early 80s some arable lands were sown with low diversity clover-grass mixture and transferred back to grassland. Restoration of grasslands on former arable fields is a major challenge. Their colonisation by grassland species may be complicated by initial seeding productive low diversity seed mixtures. The aim of this study was to estimate differences in species composition and species diversity between ex-arable artificially seeded grasslands and fragments of grasslands with continuity over 70 years in the north part of White Carpathian Mts., SE Czech Republic and identify species traits limiting species ability to colonize the ex-arable grasslands. Target plant species (total of 137) were surveyed on 66 grasslands. Surveyed grasslands were according to continuity and type of management. Coordinates of centroids from each polygon (i. e. surveyed grassland) were used to treat the spatial correlation of the surveyed grasslands. The effect of continuity on species composition and diversity was tested after accounting for differences in the management and...

It is the purpose of this problem to classify the four major pastures of the McMurry ranch using the discussed classification system. The definite measurable qualities characterizing each condition of the system are used extensively in this study. The problem is concerned also with the observation of results of misuse, the present practices that could result in further depletion of portions of the McMurry ranch, and procedures being employed at the present time aimed toward the restoration of these depleted portions.

The loss of biodiversity worldwide and methods of prevention are hot subjects receiving increased interest in todays’ research. Meadow construction in urban areas has been the focus of recent studies to increase both local and global biodiversity. In my report, I address potential analyses to conduct in advance before practical meadow constructions in a landscape. The subject I chose to focus on for this report was a LONA-project aimed to construct meadows on contemporary amenity grasslands in a semi-urban municipality. I used vegetation data from an inventory executed in 2021. Patches were in advance classified based on conditions observed during the inventory with class 1 obtaining the highest meadow potential, class 2 obtaining mediocre potential, and class 3 weak or no potential. I analysed vegetation data on species richness, environmental indicator values, and composition. Additionally, I analysed the soil types and historical land uses in the study area to display credible soil characteristics. The order of Lepidoptera was used as a model taxon for pollinators and the red-listed Marsh fritillary (Euphydryas aurinia) was separately analysed for conservational purposes. To illustrate the landscapes’ ability to facilitate the dispersal of butterflies, connectivity analyses of varying meadow construction scenarios were executed. Results indicate higher species richness on average per patch and more indicator species in class 1, suggesting a better starting point and making quality assessments more credible in comparison to class 2. Underlaying soil type seems to some extent to influence the meadow potential by affecting vegetation composition and hence butterfly occurrence in terms of host plant distribution. I could however not draw any conclusions from the effect of historical land use on current patch classifications, and consequently meadow potential. To facilitate for E. aurinia to widen its distribution in the study area, and to avoid local extinction, further conservational efforts should focus on mimicking the conditions and current management of the powerline corridor, that currently yields high diversity of butterflies and abundance of E. aurinia, to other powerline corridors in the study area. To facilitate dispersal of butterflies and other pollinators, target meadow areas of both class 1 and class 2 patches should be constructed to avoid patch isolation, as illustrated in the connectivity analyses. Further research is needed to investigate other factors possibly affecting suitability of grasslands for meadow construction.