The flood of 2000 caused extensive changes within the riparian landscape of the Sabie River, Kruger National Park (KNP). Changes within the riparian landscape and the removal of vegetation resulted in considerable changes in riparian vegetation characteristics. Open patches created by the flood served as a template for the establishment of new species and the regeneration of existing species, which consequently resulted in a patch mosaic. This memorable event encouraged an investigation into the response of the Sabie River ecosystem to the memorable Large Infrequent Disturbance (LID). Riparian ecosystems are driven by varying combinations of environmental factors, such as water availability, disturbance, herbivory, fire and river morphology. This complexity depicts unique vegetation structure and assemblages of associated plant species. The lack of sufficient knowledge on the role of riparian vegetation in the health assessment of surrounding ecosystems along semi-arid rivers prompted the establishment of the Kruger Rivers Post Flood Research Program (KRPFRP). Research conducted through this monitoring program four years after the 2000 flood, revealed no significant changes in the species composition, although the location and density of many common riparian species have been changed. There was a decrease in species density across the macro channel floor (MCF) and an increase in species density across the macro channel bank (MCB). Furthermore, it was reported that the flood altered the distribution of height classes across the macro channel. In general the riparian vegetation was shorter and bushier four years post-flood. These studies furthermore illustrated that the tree to shrub ratio did not change drastically from pre-flood conditions, although a decrease in the number of shrub individuals was reported. The research presented in this dissertation was designed to further explore changes in woody species composition and structure along the Sabie River, KNP at a post flood temporal interval, i.e. between the last survey in 2004 (by the KRPFRP) and 2010. For data compatibility, the sampling and analytical approach of this study conforms to the approach followed by the KRPFRP. Data were sampled within four preselected belt-transects that form part of the larger KRPFRP. All established woody individuals were counted and measured within each contiguous 10 m x 30 m plot within each of the four belt-transects. Log transformed species composition data were analysed through the application of the Bray Curtis dissimilarity index in combination with Ward’s method of clustering. Statistical significant differences between clusters were tested through the application of the Fisher’s exact relationship test. The MIXED Procedure or PROC MIXED model was used to investigate change within the vegetation structural data. Results obtained through the various analytical methods broadly support the findings of the KRPFRP. No significant change in woody species composition could be detected between 2004 and 2010. However, a change in the density (increase and decrease) of certain species across the MCB and MCF was revealed. Species richness and density increased significantly on the MCF oppose to small changes on the MCB. A significant increase in the total number of shrubs on the MCF contributed to an overall increase in woody density for the entire study area between 2004 and 2010. Shrubs therefore remained the most dominant growth form in both sampling years. Trees decreased across the MCB although the total number of established trees remained unchanged between 2004 and 2010. Riparian vegetation structure is directly linked to species assemblages, hence the continued dominance of shrub species along the Sabie River in the KNP The Sabie River riparian landscape is therefore still characterised by short and multi-stemmed woody individuals ten years after the LID. / Thesis (MSc (Environmental Sciences))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2013

This thesis is focused on the importance of large herbivore pasture for arthropod communities in temperate steppe. The study site was located in former military training area Milovice, regional biodiversity hotspot, where wild horses and aurochs were introduced as an active measure aimed at biodiversity conservation. Main goals of proposed study were to assess the role of vegetation structure and presence of grazing on beetle species composition in two trap heights, to examine suitability of flight intercept traps for monitoring arthropods of open habitats, to set the continuous arthropod monitoring program on the site and to propose a suitable model groups to assess habitat changes.

Wissenschaftliche Untersuchungen von terrestrischen und aquatischen Ökosystemen erfordern präzise Informationen über die dreidimensionale Struktur des ökologischen Systems. Full-waveform Flugzeuglaserscannerdaten eignen sich hervorragend zur Charakterisierung von Ökosystemen und bilden eine ideale Basis für die vollständige volumetrische Repräsentation der Vegetations- und Gewässerstruktur in einem Voxelraum. Die Voxelattribute werden dabei aus der digitalisierten Wellenform abgeleitet. Jeder emittierte Laserpuls wird von Dämpfungseffekten beeinflusst, die durch Teilreflexionen auf seinem Weg durch die unterschiedlichen Vegetations- oder Wasserschichten entstehen. Dadurch ist die Struktur im unteren Bereich der empfangenen Rohsignale unterrepräsentiert. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten innovativen Methoden zur Analyse von full-waveform Daten ermöglichen die Generierung einer radiometrisch korrigierten Voxelraumrepräsentation. Voraussetzung dafür ist die numerisch stabile Rekonstruktion des effektiven differentiellen Rückstreuquerschnitts mit geeigneten Entfaltungs- und Regularisierungsverfahren. Das Kernstück der Analyse bildet die Beschreibung der Signaldämpfung mit Hilfe geeigneter Modelle. Auf Grundlage dieser Modelle wurden neuartige Korrekturverfahren zur Kompensation der Signaldämpfung erarbeitet, wobei der Korrekturterm direkt aus dem differentiellen Rückstreuquerschnitt abgeleitet wird. Die Grundidee der entwickelten Methode ist das schrittweise Anheben der Signalintensität in Abhängigkeit von der individuellen Historie jedes Laserpulses. Die Resultate der vorliegenden Arbeit tragen dazu bei, die in full-waveform Daten enthaltenen Informationen über die Vegetations- und Gewässerstruktur zugänglich zu machen. Weiterhin zeigen die hier präsentierten Ergebnisse, dass die Limitierungen bestehender Auswertemethoden, welche weitgehend auf die Extraktion diskreter Maxima und die Erzeugung volumetrischer Repräsentationen aus diskreten 3D Punktwolken beschränkt sind, überwunden werden können. / The scientific investigation of terrestrial and aquatic ecosystems requires precise information on the three-dimensional structure of the ecologic system. Full-waveform airborne laser scanner data are an ideal basis for the complete volumetric representation of vegetation and water structure in a voxel space. Due to attenuation effects, caused by partial reflections during the laser pulse propagation through the vegetation or water column, each individual laser pulse echo is significantly modified. As a result, the structure in the lower parts of the vegetation or water column is underrepresented in the digitized waveform. Within this research, novel and innovative methods were developed, which enable the generation of a radiometrically correct voxel space representation. Therefore, a numerically stable reconstruction of the effective differential backscattering cross section utilizing appropriate deconvolution and regularization techniques is required. The essential element of the analysis is the description of the signal attenuation using applicable mathematical models. For this purpose, novel correction methods compensating the signal attenuation based on these models were developed. The correction term is directly derived from the differential backscatter cross section. The basic idea is a gradually increase of the signal amplitudes depending on the individual history of each laser pulse. The results gained in this work contribute to an improved access to the information on vegetation and water structure, contained in full-waveform laser scanner data. Furthermore, it is possible to overcome limitations of existing approaches, which are mainly based on the extraction of discrete maxima.

A riparian ecosystem is the area between the aquatic and terrestrial setting of a stream, and serves as a corridor and habitat for birds. Several riparian ecosystems are located in urban environments, and three main riparian corridors are located in Potchefstroom. They are the Mooi River, Wasgoed Spruit, and Spitskop Spruit, which encompass a wide range of different vegetation types and anthropogenic factors. Therefore, different habitat types for birds occur along the riparian corridors of Potchefstroom. Factors such as food and water availability, nesting sites, competition, predation, learning, presence of other species, and those species that are able to adapt to environmental changes influence the avian diversity and communities along riparian corridors. The hypothesis is that bird variables along the riparian corridors in Potchefstroom are affected by vegetation, anthropogenic, and seasonal influences. To investigate these affects, two secondary objectives were formulated. The first was to characterise riparian avian habitats (CAHs) according to vegetation and anthropogenic factors, and the second was to identify temporal and spatial changes in avian variables. The three streams were divided into 79 consecutive transects, each 300 m long. The study area consisted of: 17 transects along Spitskop Spruit, 12 along Wasgoed Spruit and 50 along the Mooi River. Bird observations were conducted monthly from June 2006 to June 2007. Birds that were observed with a perpendicular distance ≤ 30 meters towards the streams were included in the results. The bird species that were observed were also classified into different nesting and feeding guilds. Environmental data recorded included: vegetation structure (estimated cover percentages and height classes of trees, shrubs, grasses, herbs, sedges, and reeds), anthropogenic structures (estimated cover percentages of roads, footpaths, bridges, electrical pylons, houses, and drainage pipes), and the presence of informal settlers along each transect (the mean number of people and the space they occupy). Vegetation was monitored in summer– (February 2007 until April 2007) and winter months (June 2007 until August 2007). The anthropogenic structures and the presence of informal settlers (anthropogenic factors) were monitored simultaneously with the bird counts. Transect-time profiles were drawn for the four parameters, which differed on spatial and time scales. Multivariate analyses included non-metric multidimensional scaling (NMS), cluster analysis, and indicator species analysis. Cluster analyses and NMS bi-plots were used to define characterised avian habitats (CAHs). Two types of CAHs were characterised: Summer CAHs (summer vegetation and anthropogenic factors) and Anthropogenically CAHs (Anthropogenic factors alone). Bird species were then ordinated with the summer and anthropogenically CAHs on NMS successional vector graphs. The successional vectors illustrate the avian community trajectories of the different CAHs. Indicator species analyses were performed to describe associations between the bird species and the summer and anthropogenically CAHs. The summer and anthropogenic CAHs that were characterised had different avian community trajectories and different species were associated with these CAHs. Different levels in avian diversity appeared among these CAHs, and convergence and divergence in communities appeared among these CAHs. Birds also selected their habitats according to feeding and nesting behaviours. Consequently, it can be deduced that environmental factors such as vegetation structures and anthropogenic factors, as well as seasonality, had an effect on the distribution of birds along the riparian corridors of Potchefstroom. / Thesis (Master of Environmental Sciences)--North-West University, Potchefstroom Campus, 2013

A riparian ecosystem is the area between the aquatic and terrestrial setting of a stream, and serves as a corridor and habitat for birds. Several riparian ecosystems are located in urban environments, and three main riparian corridors are located in Potchefstroom. They are the Mooi River, Wasgoed Spruit, and Spitskop Spruit, which encompass a wide range of different vegetation types and anthropogenic factors. Therefore, different habitat types for birds occur along the riparian corridors of Potchefstroom. Factors such as food and water availability, nesting sites, competition, predation, learning, presence of other species, and those species that are able to adapt to environmental changes influence the avian diversity and communities along riparian corridors. The hypothesis is that bird variables along the riparian corridors in Potchefstroom are affected by vegetation, anthropogenic, and seasonal influences. To investigate these affects, two secondary objectives were formulated. The first was to characterise riparian avian habitats (CAHs) according to vegetation and anthropogenic factors, and the second was to identify temporal and spatial changes in avian variables. The three streams were divided into 79 consecutive transects, each 300 m long. The study area consisted of: 17 transects along Spitskop Spruit, 12 along Wasgoed Spruit and 50 along the Mooi River. Bird observations were conducted monthly from June 2006 to June 2007. Birds that were observed with a perpendicular distance ≤ 30 meters towards the streams were included in the results. The bird species that were observed were also classified into different nesting and feeding guilds. Environmental data recorded included: vegetation structure (estimated cover percentages and height classes of trees, shrubs, grasses, herbs, sedges, and reeds), anthropogenic structures (estimated cover percentages of roads, footpaths, bridges, electrical pylons, houses, and drainage pipes), and the presence of informal settlers along each transect (the mean number of people and the space they occupy). Vegetation was monitored in summer– (February 2007 until April 2007) and winter months (June 2007 until August 2007). The anthropogenic structures and the presence of informal settlers (anthropogenic factors) were monitored simultaneously with the bird counts. Transect-time profiles were drawn for the four parameters, which differed on spatial and time scales. Multivariate analyses included non-metric multidimensional scaling (NMS), cluster analysis, and indicator species analysis. Cluster analyses and NMS bi-plots were used to define characterised avian habitats (CAHs). Two types of CAHs were characterised: Summer CAHs (summer vegetation and anthropogenic factors) and Anthropogenically CAHs (Anthropogenic factors alone). Bird species were then ordinated with the summer and anthropogenically CAHs on NMS successional vector graphs. The successional vectors illustrate the avian community trajectories of the different CAHs. Indicator species analyses were performed to describe associations between the bird species and the summer and anthropogenically CAHs. The summer and anthropogenic CAHs that were characterised had different avian community trajectories and different species were associated with these CAHs. Different levels in avian diversity appeared among these CAHs, and convergence and divergence in communities appeared among these CAHs. Birds also selected their habitats according to feeding and nesting behaviours. Consequently, it can be deduced that environmental factors such as vegetation structures and anthropogenic factors, as well as seasonality, had an effect on the distribution of birds along the riparian corridors of Potchefstroom. / Thesis (Master of Environmental Sciences)--North-West University, Potchefstroom Campus, 2013

Heterogenität von Umweltbedingungen gilt als einer der wichtigsten Faktoren für die Verteilung von Artenreichtum weltweit. Laut der Habitatheterogenität-Hypothese bieten räumlich heterogenere Gebiete eine höhere Vielfalt an Umweltparametern und weisen mehr Refugien und Möglichkeiten zur Isolation und Radiation auf. Dadurch begünstigen sie Koexistenz, Persistenz und Diversifikation von Arten. Die Erforschung potentieller positiver Effekte von Heterogenität auf Artenreichtum fasziniert Ökologen und Evolutionsbiologen seit Jahrzehnten. Dementsprechend existieren zahlreiche Studien über die Beziehung zwischen Heterogenität und dem Artenreichum verschiedener Taxa unter unterschiedlichsten ökologischen Gegebenheiten. Heterogenität kann sich auf biotische und abiotische Bedingungen beziehen und wurde daher mittels vieler verschiedener Maße quantifiziert. Diese finden zudem auf sehr unterschiedlichen Skalen Anwendung, die von der Architektur einer einzelnen Pflanze über Landschaftsstruktur bis hin zu topographischem Relief reichen. Die Vielfalt der Maße sowie eine oft unbestimmte und inkonsistente Terminologie, die in der Forschung zu Heterogenität-Artenreichtums-Beziehungen verwendet wird, erschweren das Verständnis, den Vergleich und die Synthese der entsprechenden Studien. Desweiteren gibt es große Unterschiede in der Form und Stärke der Beziehungen: während viele Studien einen positiven Zusammenhang zwischen Heterogenität und Artenreichtum nachwiesen, sind auch negative, unimodale und nicht signifikante Zusammenhänge bekannt. Deshalb existiert bisher kein eindeutiger Konsens bezüglich der generellen Heterogenität-Artenreichtums-Beziehung. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation fertige ich ein systematisches Literaturreview an, mit dem ich einen Überblick über die verwendeten Maße und Begriffe gebe, die bisher in der Forschung zu Heterogenität-Artenreichtums-Beziehungen Anwendung fanden. Basierend auf 192 Studien identifiziere ich 165 verschiedene Heterogenitätsmaße, die ich bezüglich ihrer Themenfelder und Berechnungsmethoden klassifiziere. Es werden fünf Themenfelder unterschieden, nämlich Landbedeckung und Vegetation als biotische Komponenten, und Klima, Boden und Topographie als abiotische Komponenten von Heterogenität. Desweiteren identifiziere ich achtzehn verschiedene Berechnungsmethoden, wie z.B. Anzahl, Standardabweichung und Variationskoeffizient. Die Höhenspannweite in einem Gebiet erweist sich als das häufigste Heterogenitätsmaß in der Literatur, wohingegen Maße von klimatischer Heterogenität und Bodenheterogenität unterrepräsentiert sind. Weiterhin stelle ich ein deutliches räumliches und taxonomisches Ungleichgewicht in der Forschung fest, wobei ein Großteil der Studien den Einfluss von Heterogenität in der Paläarktis untersucht und sich auf den Artenreichtum von Vertebraten oder Pflanzen konzentriert. Ich kompiliere über 100 verschiedene Begriffe für Heterogenität, wie z.B. Habitatdiversität oder Habitatheterogenität, und weise auf mangelhafte und teilweise sogar widersprüchliche Definitionen hin. Solche Unklarheiten erschweren das Verständnis der Begriffe und Studien, weshalb ich für eindeutige Terminologie plädiere und mich gegen die Verwendung von Synonymen ausspreche. Desweiteren gebe ich einen Überblick über mögliche Mechanismen, die als Grundlage von positiven Zusammenhängen zwischen Heterogenität und Artenreichtum in der Literatur diskutiert werden. Insgesamt identifiziere ich sieben Hauptmechanismen, die mit der Förderung von Koexistenz, Persistenz und Diversifikation von Arten zusammenhängen. Diese Mechanismen stelle ich in Beziehung zu den Themenfeldern der Heterogenitätsmaße, den Taxa und den räumlichen Skalen, die in den jeweiligen Studien behandelt werden. Basierend auf dem gleichen Datensatz von 192 Studien und 1148 Datenpunkten führe ich anschließend eine Meta-Analyse durch, um die generelle Richtung und Stärke des Zusammenhangs zwischen Heterogenität und dem Artenreichtum terrestrischer Pflanzen und Tiere zu untersuchen. Hierbei weise ich quantitativ nach, dass der Zusammenhang von der Landschaftsebene bis zur globalen Skala über Taxa, Habitattypen und räumliche Skalen hinweg generell positiv ist. Während kein signifikanter Unterschied in der Effektgröße zwischen biotischer und abiotischer Heterogenität besteht, weisen Vegetations- und topographische Heterogenität signifikant stärkere Assoziationen mit Artenreichtum auf als klimatische Heterogenität. Durch gemischte Meta-Regressionen identifiziere ich weiterhin Studieneigenschaften, die die Stärke des Zusammenhangs zwischen Heterogenität und Artenreichtum beeinflussen. Räumliche Skalen, insbesondere Flächenkonstanz, räumliche Auflösung und Ausdehnung, stellen sich als besonders wichtige Einflussgrößen für die untersuchte Beziehung zwischen Artenreichtum und auf Landbedeckung und Höhe basierenden Heterogenitätsmaßen heraus. Ausgehend von den Ergebnissen des Literaturreviews untersuche ich schließlich die Ähnlichkeit zwischen einer Reihe von Heterogenitätsmaßen sowie deren differentiellen Einfluss auf den globalen Artenreichtum terrestrischer Säugetiere. Ich berechne systematisch 51 verschiedene Heterogenitätsmaße auf globaler Ebene, die alle fünf Themenfelder von Heterogenität abdecken und neun verschiedene Berechnungsmethoden beinhalten. Ich zeige, dass manche dieser Maße sich deutlich voneinander abheben, während andere stärker kollinear und zum Teil redundant sind. Ich stelle Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen verschiedenen Regionen in Bezug auf räumliche Muster einzelner Heterogenitätsmaße sowie einen multidimensionalen Heterogenitätsraum heraus, der auf einer Hauptkomponentenanalyse beruht. Außerdem untersuche ich den Zusammenhang zwischen jedem einzelnen Heterogenitätsmaß und dem Säugetierreichtum in einfachen und multiplen Regressionsmodellen, welche zusätzlich den Einfluss von Klima, biogeographischer Region und menschlichem Einfluss berücksichtigen. Mit Hilfe von bedingten Inferenzbäumen analysiere ich den Einfluss der verschiedenen Themenfelder und Berechnungsmethoden der Heterogenitätsmaße auf die Modellgüte über drei räumliche Auflösungen hinweg. Die Wahl der Themenfelder stellt sich dabei als wichtigster Einflussfaktor heraus, wobei sich Maße klimatischer und topographischer Heterogenität besonders positiv auf die Modellgüte auswirken. Desweiteren zeichnen sich Modelle mit Anzahl- oder Spannweitemaßen ebenfalls durch hohe Modellgüte aus, wohingegen der Variationskoeffizient und ein Geländeschroffheitsindex mit relativ geringer Modellgüte zusammenhängen. Insgesamt betonen meine Ergebnisse die hohe Bedeutung methodischer Entscheidungen auf die Ergebnisse von Heterogenität-Artenreichtums-Studien. Dies wiederum dokumentiert wie wichtig es ist, sinnvolle, taxon- und skalenabhängige Heterogenitätsmaße zu verwenden, die dem jeweiligen Untersuchungssystem und dem zu untersuchenden Mechanismus entsprechen. Diese Dissertation stellt die bisher umfangreichste Untersuchung der Quantifizierung und Terminologie von Heterogenität über Themenfelder und verschiedene taxonomische Gruppen hinweg dar. Sie belegt erstmals einen generell positiven Zusammenhang zwischen biotischer und abiotischer Heterogenität und dem Artenreichtum terrestrischer Pflanzen und Tiere auf relativ großen räumlichen Skalen. Meine Forschung demonstriert deutlich die enorme Komplexität von Heterogenität als Thema und Forschungsgebiet. Trotz der beachtlichen Fortschritte, die durch diese Arbeit in der Erforschung von Heterogenität-Artenreichtums-Beziehungen gemacht wurden, gilt es noch zahlreiche offene Fragen zu beantworten. Die vorliegende Dissertation soll eine solide Basis schaffen, um diese Herausforderung in Zukunft anzugehen.

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