Photosynthesis and primary production were estimated in fishpond phytoplankton during period 2008-2010 in Třeboň fishpond region, Czech Republic. Photosynthesis was measured by the oxygen method in computer-assisted light pipetting system Illuminova. Altogether 64 samples of fishpond phytoplankton and 11 cyanobacterial cultures were analysed. Cyanobacteria and chlorococcal algae formed the most important part of phytoplankton biomass and their photosynthesis-irradiance (P-I) curves showed shade-adapted type of P-I curves with the high photosynthetic efficiency. No significant differences in the main parameters of P-I curves were obtained between different types of phytoplankton (chlorococcal-dominated, cyanobacteria- dominated). The results are consistent with the high turbid conditions in eutrophic or hypetrophic fishponds. On the contrary photosynthesis in cyanobacterial cultures differs from "wild" phytoplankton and therefore they can not be taken in primary production models. Primary production was estimated according Talling's model (1957), based on daily measurement of radiation, extinction coefficient of water and seasonal courses of chlorophyll concentration. Photosynthetic capacity and onset of light saturation determined in P-I curves were used as physiological parameters of Talling's model. The...

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Master of Science / Department of Biology / Keith B. Gido / Nonnative species represent a major threat to the continued persistence of native fishes globally, especially in the Colorado River Basin of western North America, where there are now more nonnative than native fishes. In the upper Gila River, a tributary of the Colorado, numerous nonnative fishes have established populations, and predation by these nonnatives has been linked to extirpation of native fishes under low-flow conditions at some locations. Historically, the upper Gila lacked a top piscivore, and it is unclear what mechanisms have allowed the establishment of nonnative piscivores and resultant extension in food chain length. To investigate the phenomenon of increased food chain length through nonnative introductions we explored the influence of autochthonous energy availability on nonnative predator abundance, food chain length, and abundance of other trophic levels. Predictions were that increased basal energy availability would lead to increased nonnative predator abundance and thus increased food chain length, based upon predictions from food web theory. Annual production and biomass of four trophic levels measured across six longitudinally-positioned sites were calculated between June 2008 and June 2009 to test these predictions. In addition, energy demand of trophic levels relative to energy supply was compared across sites using a quantitative food web approach, to evaluate energy limitation across trophic levels. Primary production was found to vary considerably across the upper Gila (1,677-16,276 kcal m-2 yr-1), but production and biomass of other trophic levels was not related to this gradient as predicted. In addition, food chain length demonstrated a marginally-significant negative relationship with primary production (R[superscript]2=0.42, d.f.=5, p=0.16), which was in contrast with predicted responses. These results suggest that energy availability does not appear to be a limiting factor to the production or biomass of consumers. The influence of other mechanisms on food chain length in the upper Gila River, in particular disturbance frequency and intensity, deserve further investigation.

In the southwest United States, the current prolonged warm drought is similar to the predicted future climate change scenarios for the region. This study aimed to determine patterns in vegetation response to the early 21st century drought across multiple biomes. We hypothesized that different biomes (forests, shrublands, and grasslands) would have different relative sensitivities to both climate drivers (precipitation and temperature) and legacy effects (previous-year's productivity). We tested this hypothesis at eight Ameriflux sites in various Southwest biomes using NASA Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer Enhanced Vegetation Index (EVI) from 2001 to 2013. All sites experienced prolonged dry conditions during the study period. The impact of combined precipitation and temperature on Southwest ecosystems at both annual and sub-annual timescales was tested using Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI). All biomes studied had critical sub-annual climate periods during which precipitation and temperature influenced production. In forests, annual peak greenness (EVImax) was best predicted by 9-month SPEI calculated in July (i.e., January-July). In shrublands and grasslands, EVImax was best predicted by SPEI in July through September, with little effect of the previous year's EVImax. Daily gross ecosystem production (GEP) derived from flux tower data yielded further insights into the complex interplay between precipitation and temperature. In forests, GEP was driven by cool-season precipitation and constrained by warm-season maximum temperature. GEP in both shrublands and grasslands was driven by summer precipitation and constrained by high daily summer maximum temperatures. In grasslands, there was a negative relationship between temperature and GEP in July, but no relationship in August and September. Consideration of sub-annual climate conditions and the inclusion of the effect of temperature on the water balance allowed us to generalize the functional responses of vegetation to predicted future climate conditions. We conclude that across biomes, drought conditions during critical sub-annual climate periods could have a strong negative impact on vegetation production in the southwestern United States.

Die Rotbuche (Fagus sylvatica L.) ist die bestimmende Baumart der potentiell natürlichen Vegetation in den Wäldern Mittel- und Westeuropas die ökonomisch bedeutsamste Laubbaumart Deutschlands. Obwohl diese spät-sukzessionelle Baumart über eine hohe physiologische Toleranz gegenüber einem weiten Spektrum klimatischer Wuchsbedingungen verfügt, wird die Buche gegenüber anderen temperaten Laubbaumarten als relativ trockensensitiv eingeschätzt. Da im Zuge des globalen Klimawandels mit einer Verschlechterung der klimatischen Wasserbilanz und mit einer Zunahme sommerlicher Trockenperioden gerechnet wird, wird die zukünftige Rolle der Rotbuche in der europäischen Forstwirtschaft derzeit intensiv diskutiert. Diese Studie hatte zum Ziel, hydrologische und klimatische Einflüsse auf die Produktivität und die Vitalität der Rotbuche zu untersuchen. Hierdurch sollen grundlegende Mechanismen der Trockenstressantwort bei dieser trocken-sensitiven Art identifiziert, und Rückschlüsse auf zukünftige Klimaantworten von Buchenbeständen ermöglicht werden. Zu diesem Zweck wurde die ober- und unterirdische Biomasseproduktion von 12 Buchenaltbeständen im Norddeutschen Tiefland entlang eines natürlichen Niederschlagsgradienten (543-816 mm a-1) auf einheitlichem geologischen Substrat ermittelt. Um den zusätzlichen Einfluss der Wasserspeicherkapazität der Böden zu berücksichtigen, wurden Paare von Buchenbeständen untersucht, die unter nahezu identischen klimatischen Bedingungen, jedoch auf Böden unterschiedlicher Textur (sandige versus lehmig-sandige Böden) stockten. Einflüsse der Wasserverfügbarkeit und klimatischer Variationen auf das Wachstum wurden untersucht unter Berücksichtigung (i) der gesamten ober- und unterirdischen Biomasseproduktion, (ii) der Dynamik von Ressourcen-Allokation und Kohlenstoff-Partitionierung, sowie (iii) der Morphologie wasseraufnehmender und -abgebender Oberflächen. Unerwarteterweise zeigte sich die gesamte Produktivität von Buchen-Altbeständen nur geringfügig von Veränderungen der hydrologischen Regime entlang des Gradienten beeinflusst. Trotz deutlicher Unterschiede in der jährlichen Wasserverfügbarkeit nahmen die oberirdische und die gesamte Biomasseproduktion auf den trockeneren Flächen des Transektes nicht ab. Allerdings führten ausgeprägte früh-sommerliche Wasserdefizite (in den Monaten Juni und Juli) zu deutlichen Einbußen der oberirdischen Biomasseproduktion, und insbesondere der Stammholzproduktion. Entlang des untersuchten Gradienten konnte eine ausgeprägte, kontinuierliche Verschiebung der Allokationsmuster festgestellt werden: Mit abnehmender Wasserverfügbarkeit nahm die Feinwurzelproduktion zu und das Verhältnis von oberirdischer:unterirdischer Biomasseproduktion ab. Anders als oberirdische Komponenten zeigte die Feinwurzelproduktion eine hohe Sensibilität gegenüber Unterschieden hinsichtlich hydrologischer Regime. In Übereinstimmung mit der Optimalitätstheorie der pflanzlichen Ressourcennutzung konnte dieses Allokationsverhalten in sowohl in Reaktion auf veränderte Niederschläge, als auch in Antwort auf auch veränderte Wasserspeicherkapazitäten beobachtet werden. Allokative Anpassungsmechanismen an Wassermangel wurden im Feinwurzelbereich zusätzlich durch morphologische Plastizität (Zunahme im Verhältnis von Oberfläche: Biomasse) und durch Regulierung der räumlichen Verteilung (zunehmende Konzentrierung von Feinwurzeln in der organischen Auflage) komplementiert. Im Gegensatz zu diesen komplexen unterirdischen Trockenheits-Antworten konnten keinerlei Anpassungen der Blattmorphologie an veränderte hydrologische Bedingungen festgestellt werden. Neben Reaktionen auf Wasserverfügbarkeit wurde die Fruchtbildung als zweiter wesentlicher Einfluss auf das Allokationsverhalten der Buche erkannt. Eine deutliche Ressourcen-Allokation zu Gunsten der Fruchtentwicklung beeinträchtigte maßgeblich das oberirdische vegetative Wachstum, insbesondere den Stammholzzuwachs. Auf Grund einer hohen Attraktionsstärke der Früchte gegenüber C und N führte zunehmende Fruktifizierung auch zu einer Gewichts- (und Größen-) Abnahme der Einzelblätter und somit zu reduzierter Bildung von Blattmasse und Bestandesblattfläche (LAI). Neben dieser Abnahme an assimilierender Blattoberfläche führte auch eine deutliche Senkung der Blatt-Stickstoffgehalte in Folge der reproduktiven Ressourcenwidmung mutmaßlich zu einer Verschlechterung der C-Bilanz, sowohl im Mast- als auch im Folgejahr. Eine Analyse klimatischer Einflussfaktoren auf das Mastverhalten legt nahe, dass die Blütenbildung der Buche durch Überschreitung eines Schwellenwertes der Kohlenstoffassimilation im Frühsommer (Juni-Juli) induziert wird. Sofern diese Schlüsse zutreffen, unterliegt das zeitliche Muster der Fruktifikations-Antwort auf Witterungsauslöser einer Rückkopplungskontrolle durch pflanzliche Stickstoff-Dynamik. Vor dem Hintergrund anhaltend erhöhter Stickstoffdepositionen ergäbe sich aus diesem Mechanismus eine zusätzliche Belastung für das zukünftige vegetative Wachstum der Buche. Es ist anzunehmen, dass die in dieser Studie belegte hohe allokative Plastizität in Altbäumen Fagus sylvatica dazu befähigt, ihre hohe Konkurrenzkraft in einem breiten Spektrum hydrologischer Regime zu entfalten. Darüber hinaus werden die hier dargestellten Mechanismen einer langfristigen Trockenheitsanpassung mutmaßlich zu einer gesteigerten Resistenz und Resilienz von Buchen-Altbeständen gegenüber Ereignissen extremer Sommertrockenheit beitragen.

Le Pin maritime (Pinus pinaster Aït.) est la première espèce forestière française en terme de surface boisée. En Tunisie, il est, après le pin d’Alep (Pinus halepensis Mill.) et le pin pignon (Pinus pinea L.), le plus utilisé dans les reboisements. L’estimation de la biomasse des peuplements forestiers est basée généralement sur des relations allométriques. Ces relations sont de deux types : des relations spécifiques à des sites donnés et des équations générales applicables à une vaste région.Dans une première étape de ce travail, on a construit des relations allométriques spécifiques au site du Rimel. Ces équations ont concerné le bois et l’écorce du tronc, le bois et l’écorce des branches, les rameaux, les cônes, les bourgeons et les racines. Les meilleurs modèles d’ajustement obtenus pour tous les compartiments, sont de la forme : W = a Db où W est la biomasse, a et b sont des paramètres à estimer et la variable D désigne soit le diamètre de la branche à son insertion sur le tronc, soit celui du tronc à 1,30 m de hauteur ou DBH. Cette variable a permis d’expliquer 92 % et 95 % de la biomasse et de la branche et de l’arbre, respectivement.Dans une étape suivante on a construit des équations générales de biomasse à partir des données pondérales collectées après abattage de 26 arbres-échantillons choisis dans six sites en Tunisie du nord et de 152 arbres choisis dans quatre sites en lande humide de Gascogne et dont certains appartiennent à des parcelles irriguées et/ ou fertilisées.En ce qui concerne le total aérien, le meilleur modèle obtenu est, également, de la forme W = a Db avec le DBH comme variable indépendante qui permet d’expliquer 98% de la variance de la biomasse. L’addition de la variable âge de l’arbre à ce modèle sous la forme :W = a Db agec a réduit de manière significative, la somme des carrées des résidus d’ajustement de la biomasse des aiguilles et, dans une moindre mesure, de celles du tronc et des branches. Ce modèle à deux variables a permis d’expliquer les variations observées de la biomasse à raison de 98 % dans le cas du tronc, de 79 % dans celui des aiguilles et de 71 % dans celui des branches.Dans une étape ultérieure, les biomasses totales et compartimentales à l’hectare et leurs accroissements annuels ont été estimés à l’aide des équations générales établies et ceci pour l’ensemble des sites concernés par l’étude. Les résultats mettent en évidence, à l’échelle de la parcelle et de la moyenne par arbre, une action conjuguée de l’âge moyen et des facteurs stationnels sur la biomasse aérienne et la productivité nette aérienne de la strate arborée. Par ailleurs, pour la majorité des parcelles étudiées, l’efficience d’utilisation des précipitations dans la production nette de biomasse par arbre et par an, est une fonction puissance de la variable âge moyen du peuplement. Cette variable permet d’expliquer 93% de la variation de l’efficience et l’équation obtenue permet d’estimer l’accroissement annuel de biomasse aérienne à l’hectare de la majorité des sites étudiés.En ce qui concerne l’allocation de la biomasse aux différents compartiments aériens, les résultats montrent que les cônes et les bourgeons accumulent 2,5 % et 0,3 % de la biomasse, respectivement, quel que soit l’âge du peuplement. Quant aux autres réservoirs de biomasse, leur taille relative varie avec l’âge selon une loi logarithmique, croissante dans le cas du bois du tronc et décroissante dans celui des autres compartiments. La variable âge moyen permet d’expliquer 59 % de la variance dans le cas de l’écorce du tronc et 96 % à 99 % de la variance dans celui des branches et des aiguilles.D’autre part, la surface terrière s’est avérée la meilleure variable explicative de la biomasse totale et compartimentale à l’hectare, quel que soit le site. Les meilleurs ajustements obtenus sont de la forme : W = a G b où la surface terrière (G) permet d’expliquer 84 % à 99 % de la variation de la biomasse selon l’âge moyen du peuplement et le compartiment, ce qui atteste de la haute valeur prédictive de cette variable. / Maritime pine (Pinus pinaster Aït.) covers the largest area of the French forest. In Tunisia, it’s after Pinus halepensis Mill. And Pinus pinea L, the most used in reforestations. Biomass estimation of forest populations is generally based on allometric relationships. These relations are of two types: specific relations to a given site and general equations applicable to a vast region. In the first, we have developed specific allometric relationships in a site of one hectare n the forest of Rimel. Biomass compartments are: stem wood, stem bark, branch wood, branch bark, needles, twigs, cones, buds and roots. The allometric relationships are of the form W = a Db, D being either the branch diameter at its insertion on the stem or the stem diameter measured at 1,30m height. These elationships revealed that branch diameter at stem insertion and DBH explained 92 and 95% of variances of the partial and total biomass of branch and tree respectively. After that, some generalized allometric equations were developed for predicting the biomass of aerial components of maritime pine (Pinus pinaster Ait.) using data collected from he southern and northern latitudinal margins of its geographical area. The data comprised aboveground biomass values divided into foliage, branch, stem and minor components collected from 26 trees in Tunisia and 152 trees in France. (...)

The global carbon (C) balance is vulnerable to disturbances that alter terrestrial C uptake and loss. Moderate disturbances that kill or defoliate only a subset of canopy trees such as insect defoliation, drought, and age-related senescence are increasing in extent and frequency; yet, little is known about the effect of moderate disturbance on forest production and the mechanisms sustaining or supporting the recovery of the C cycle across a range of moderate disturbance severities. We used a broad plot-scale gradient of upper canopy tree mortality within a large manipulation of forest disturbance to: 1) quantify how aboveground wood net primary production (ANPPw) responds to a range of moderate disturbance severities and; 2) identify the primary mechanisms supporting ANPPw resistance or resilience following moderate disturbance. We found that ANPPw was highly resistant to moderate disturbance, with production levels sustained following the senescence of 9 to > 60 % of the upper canopy tree basal area. As upper canopy gap fraction increased with rising disturbance severity, greater light availability to the subcanopy enhanced leaf-level C uptake and the growth of this formerly light-limited canopy stratum, compensating for upper canopy production losses. As a result, whole-ecosystem production efficiency (ANPPw/LAI) increased at high levels of disturbance severity and leaf area loss. These findings provide a mechanistic explanation for sustained ANPPw across the disturbance gradient, in which the physiological and growth enhancement of undisturbed vegetation was proportional to the level of disturbance severity. Our results have important ecological and management implications, showing that moderate disturbances may minimally alter ecosystem functions such as C storage.

Temperate forests are complex ecosystems that sequester carbon (C) in biomass. C storage is related to ecosystem-scale forest structure, changing over succession, disturbance, and with community composition. We quantified ecosystem biological and physical structure in two forest chronosequences varying in disturbance intensity, and three late successional functional types to examine how multiple structural expressions relate to ecosystem C cycling. We quantified C cycling as wood net primary production (NPP), ecosystem structure as Simpson’s Index, and physical structure as leaf quantity (LAI) and arrangement (rugosity), examining how wood NPP-structure relates to light distribution and use-efficiency. Relationships between structural attributes of biodiversity, LAI, and rugosity differed. Development of rugosity was conserved regardless of disturbance and composition, suggesting optimization of vegetation arrangement over succession. LAI and rugosity showed significant positive productivity trends over succession, particularly within deciduous broadleaf forests, suggesting these measures of structure contain complementary, not redundant, information related to C cycling.

La zone côtière représente seulement une petite partie de la surface océanique, mais elle joue un rôle important dans le cycle du carbone. Pour contribuer à préciser ce rôle, l’objectif de cette thèse était d’étudier les flux de carbone, en immersion et en émersion, des communautés benthiques intertidales vivant sur les estrans rocheux. La respiration et la calcification des principales espèces macrozoobenthiques ont été mesurées en laboratoire pour d’estimer les différentes adaptations métaboliques liées à une vie en milieu intertidal. En complément, les flux globaux de carbone des communautés ont été quantifiés aux interfaces air-sédiment et eau-sédiment grâce à des mesures in situ. D’une manière générale, la respiration de la communauté prévaut sur la production primaire, en conséquence les estrans rocheux semi-battus peuvent être considérés comme hétérotrophes. Grâce aux mesures de respiration en laboratoire et aux comptages d’espèces effectués sur les côtes rocheuses bretonnes, nous avons pu estimer la contribution du macrozoobenthos aux flux de carbone à une échelle régionale. La comparaison entre les résultats in situ et les études en laboratoire à permis de valider nos méthodes. / Coastal zone represents only a small part of ocean surface, but play a major role in carbon cycling. Ro help clarify this role; this thesis aimed to study carbon fluxes of intertidal benthic rocky shore communities during immersion and emersion. Respiration and calcification measurements of principal macrozoobenthic species were performed in the laboratory in order to evaluate their different metabolic adaptation to intertidal conditions. In addition, community carbon fluxes were quantified in situ at the air-sediment and water-sediment interfaces. Community respiration generally prevails on primary production indicating that semi-exposed intertidal rocky shore communities could be considered as heterotrophic. The contribution of macrozoobenthic organisms to carbon fluxes was estimated on a regional scale through respiration and calcification rates measured in the laboratory and species abundances recorded in Brittany (France) exposed rocky shores. The comparison between in situ and laboratory studies allowed our methods validation.