Many amphibian populations are rapidly disappearing throughout the world. An important issue for ecologists is why some amphibian species are more susceptible to decline than others. Here I present five experiments that compare the performance of an endangered (Rana sevosa) and a common (Rana sphenocephala) frog in changing habitats, to determine why these two species differ in their persistence. I include additional studies investigating the habitat requirements and behavior of R. sevosa. I found that habitat change in the form of canopy closure over breeding ponds negatively affects both species, making them smaller as tadpoles and at metamorphosis. The magnitude of size differences was greater for R. sevosa and this species was less likely to survive in closed canopy ponds. Larval survival was not affected in R. sphenocephala and this is likely a key reason for the persistence of this species in habitats where R. sevosa has been extirpated. The introduction of fish to breeding ponds would also differentially affect the two species. R. sevosa did not display behavioral defenses to the threat of fish predation while R. sphenocephala did. R. sevosa displayed a preference for certain characteristics in its habitat including open canopy ponds, grassy terrestrial habitats and an abundance of burrows. An association with the chemical cues of burrow making organisms suggests that these organisms may be important for R. sevosa. Therefore, specialized habitat requirements and behaviors which may be contributing to its decline. I found some evidence of asymmetric competition in the larval stage with R. sevosa negatively affecting R. sphenocephala. It does not appear that larval competition with R. sphenocephala has contributed to the decline of R. sevosa. The primary difference between the two species was in responses to habitat change. R. sevosa appears to be rigid in its habitat requirements and behavior and its inability to respond and adapt to change is a key component of its rarity. By contrast R. sphenocephala showed an ability to cope with habitat changes. Conservation of R. sevosa will require suitable management of the aquatic and terrestrial habitats, primarily through the instigation of an appropriate fire regime.

No description available.

The impacts of climate change on temperate forests are predicted to accelerate, with widespread implications for forest biodiversity and function. Remote sensing has provided insights into regional patterns of vegetation dynamics, and experimental studies have demonstrated impacts of specific changes on individual species. However, forests are diverse and complex ecosystems. To understand how different species in different forests respond to interacting environmental pressures, widespread ground-based monitoring is needed. The only practical way to achieve this is through the involvement of non-professional researchers, i.e., with citizen science. However, many techniques used to identify subtle changes in forests require expensive equipment and professional expertise. This thesis aimed to identify practical methods for citizen scientists to collect useful data on forest ecosystem dynamics in relation to climate change. Methods for monitoring tree phenology and canopy-understorey interactions were the main focus, as tree phenology exerts strong control on understorey light and forest biodiversity, and is already responding to climate change. The response of understorey vegetation to canopy closure in four woodlands from a single region of England (Devon) was examined in detail. These geographically close woodlands differed considerably in their composition and seasonal dynamics. The spring period was particularly important for herb-layer development, and small variations in canopy openness had important effects on herb-layer cover and composition. This work highlights the need to monitor a range of different woodlands at the regional scale, with sufficient resolution to pick up small but crucial differences through time. Citizen scientists could help to collect such data by monitoring herb-layer cover and changes in the abundance of key species, alongside monitoring the overstorey canopy. The spring leaf phenology of four canopy trees (ash, beech, oak and sycamore) were monitored intensively in one woodland using a range of methods: counts, percentage estimates and photography. First budburst and leaf expansion dates were compared with estimates of leaf expansion timing and rate, derived from time-series data using logistic growth models. Frequently used first-event dates were potentially misleading due to high variation in leaf development rates within and between species. Percentage estimates and counts produced similar estimates of leaf expansion timing and rate. A photo-derived greenness index produced similar estimates of timing, but not rate, and was compromised by practical issues of photographing individual crowns in closed canopy woodland. Citizen science should collect time-series data instead of frequently-used first event dates―visual observations offer the most practical way to do this, but further work is needed to test reliability with citizen scientists. Given high intra- and inter-species variation in tree phenology, whole forest canopies need to be monitored to infer canopy closure timing. Canopy openness was assessed using sophisticated hemispherical photography and a range of low-cost alternatives, across four Devon woodlands over a year. Visual estimates and ordinary photography were too coarse to identify fine-scale variation in canopies. Smartphone fisheye photography analysed with free software was identified as a reliable surrogate for estimating relative, though not absolute, canopy openness. The method has high potential as a citizen science tool, as different phone models and users gave similar canopy openness estimates. In a detailed follow-up study, smartphone fisheye photography, hemispherical photography and visual observations of leaf expansion were used every other day to characterise spring canopy development. Logistic growth models estimated canopy closure timing and rate. Visual observations identified much earlier canopy development than either photographic method. Smartphone fisheye photography performed comparably to hemispherical photography. There is good potential for practical application of smartphone fisheye photography, as similar canopy closure estimates were gained from photos taken once every two weeks. The research in this thesis identifies a range of methods suitable for widespread monitoring of forest ecosystem dynamics in relation to climate change. Developing a smartphone app for automatic analysis and submission of canopy images will be an important next step to enabling widespread use. A pilot project is underway to begin testing methods with citizen scientists. Further research into data quality with citizen scientists is needed before the methods can be rolled out widely with confidence.

Im Freistaat Sachsen ist der Umbau der Nadelbaum-Reinbestände in Mischbestände standortsgerechter Baumarten ein wichtiges forstpolitisches Ziel. Um dieses Zieles zu erreichen, werden in den sächsichen Berglagen seit mehr als 25 Jahren Rot-Buchen (Fagus sylvatica L), Weiß-Tannen (Abies alba Mill), Berg-Ahorn (Acer pseudoplatanus L.) sowie weitere Laub- und Nadelbaumarten künstlich eingebracht. Mit 18 Versuchsanlagen begleitet das Kompetenzzentrum für Wald und Forstwirtschaft im Staatsbetrieb Sachsenforst den Voranbau der genannten drei Baumarten in Fichtenaltbeständen. Im Rahmen dieser Arbeit werden die vorliegenden 137 Aufnahmen von Ober- und Unterstand von 576 Parzellen ertragskundlich ausgewertet und verschiedene Modelle zur Abbildung des Höhenwachstums, der Wuchsleistungen und des Schlankheitsgrades an die Daten angepasst. Bisher bildet nur ein Teil der einzelbaumbasierten Wachstumssimulatoren die Entwicklung von Voranbauten ab. Die sächsische Variante BWINPro-S enthält hierfür ausschließlich ein Modell für das Wachstum von Rot-Buchen unter Fichtenschirm welches bisher nicht evaluiert wurde. Zur Evaluation dieses Unterstandsmodells wurden parzellenübergreifend Verteilungsfunktionen angepasst und deren Lagemaße als quasireale Bäume genutzt. Für den Einzelbaum wurden entsprechend den in der DESER-Norm (Johann, 1993) beschriebenen Methoden Beziehungen von Durchmesser-Höhe-Alter hergeleitet und miteinander verglichen. Im Fokus stand dabei ihre Anwendung im UST, wo die Verjüngungs- und Schirmdichte die Baumallometrie beeinflussen. Neben den ertragskundlich gebräuchlichen Methoden DHA-2 und DHA-3 wurden hier gemischte nichtlineare Modelle als Variante DHA-4 angepasst. Die versuchsübergreifende Anpassung der gemischten nichtlinearen Modelle vereint die mit dem Parameterausgleichs von DHA-3 erreichten plausiblen Kurvenscharen mit der Anpassungsgüte von DHA-2. Für seltene Baumarten, die bei den anderen Ansätzen oftmals der Hauptbaumart zugeordnet werden, sind die Vorteile am deutlichsten. Zudem sind nur mit DHA-4 zuverlässige Schätzungen bei fehlenden Höhenmessungen möglich. Die gemischten linearen Modelle zur Schätzung des Schlankheitsgrades sind eine weitere Möglichkeit zur Ergänzung fehlender Baumhöhen im UST. Die doppelte logarithmische Transformation der Daten gibt die nichtlinearen Beziehungen nur unzureichend wieder, sodass sich im Vergleich zur nichtlinearen BHK unter Berücksichtigung zufälliger Effekte keine Vorteile ergeben. Die Modelle zur Schätzung der H:D-Relation zeigen, genauso wie das DHA-4 Modell, den Einfluss von Dichtstand und Überschirmung auf morphologische Anpassungen im UST. Die gute Anpassung des HDR-Modells wird deutlich, wenn ausschließlich die festen Effekte betrachtet werden. Dann lassen sich über H:D-Relation genauere Höhen schätzen, als mit der BHK im DHA-4 Ansatz. Allerdings erreichen die HDR-Modelle auf der Ebene einzelner Bäume auch unter Berücksichtigung räumlicher Varianzkoeffizienten nicht die für Inferenzstatistiken notwendige Unabhängigkeit. Die fehlende räumliche Unabhängigkeit ist bei der Parametrisierung von Einzelbaummodellen kein Einzelfall und stellt den wesentlichen Kritikpunkt bei der Evaluation des Höhenzuwachsmodells der Buche unter Fichte von BWINPro-S dar. Auf der Ebene von Baumkollektiven konnten plausible standortsensitive Modelle für Wuchsleistungen und das Höhenwachstum angepasst werden. Der auf Alter von maximal 26 Jahren stringierte Datensatz stellt dabei eine erhebliche Einschränkung dar. Gute Schätzung der Oberhöhen (H300) der Voranbauten wurden mit der logistischen Funktion des R-Packetes nlme und der Funktion von Gompertz (1825) erreicht. Allerdings sind Extrapolationen der weiteren Entwicklung nicht möglich, bzw. auf wenige Jahre begrenzt. Die Funktion nach Schumacher (1939) passt sich zwar weniger gut an die frühen Höhenmessungen an, ermöglicht jedoch deutlich längere und plausible Abschätzungen des weiteren Höhenwachstums. In der Zusammenschau der verschiedenen Modellansätze wird der Vorteil gemischter Modelle an verschiedenen Stellen (DHA, Höhenwachstum BWINPro-S) ersichtlich. Mit Blick auf die bei allen Baumarten festgestellten morphologischen Anpassungen an die Überschirmung spielen bei der Betrachtung einzelner Dimensionen des Wachstums – BHD oder Höhe – die Dynamik der Baumallometrie eine nicht unerhebliche Rolle. Gerade im Zuge der Nachlichtungen des OST oder dem Übergang vom UST zum OST, den die vorwüchsigen Bäume in den nächsten Jahren vollziehen, ändert sich die Allokationen von Stoffwechselprodukten, was zu veränderten Durchmesser- und Höhenzuwachsraten führt. In den Höhenwachstumsmodellen führen wenige klimatische und edaphische Faktoren zur Differenzierung der Wachstumsverläufe. Der Einfluss der Schirmdichten liegt in der gleichen Größenordnung wie die Streuung von pH-Wert, die Kalkungsintensität oder das C:N-Verhältnis. Der Einfluss der Höhenlage, bzw. der mit ihr gekoppelten klimatischen Parameter wie Jahresmitteltemperatur, Ariditätsindex, Sonnenscheindauer und klimatische Wasserbilanz, ist der Haupteffekt für das Höhenwachstum. Kalkungen und die klimatischen Änderungen üben einen merklichen Einfluss auf Leistungsfähigkeit der Bestände, die Konkurrenzverhältnisse der Baumarten und damit auch das ökosystemare Gefüge aus. Entsprechend dem Höhenwachstumsmodell profitiert die Rot-Buche gegenüber dem Berg-Ahorn und der Weiß-Tanne von dichteren Schirmen und wärmeren klimatischen Bedingungen. Mit Blick auf die positiven Wirkungen der Überschirmung auf die Qualität sind längere und dichtere Schirmhaltungen als waldbauliche Zielstellung obligat. Mit ihrem vergleichbar hohem Schattenerträgnis vermag die Weiß-Tanne auch unter dichtem Schirm zu überdauern. Allerdings wird damit die Möglichkeit eines raschen Jugendwachstums nicht genutzt und das Risiko von Anpassungsproblemen der Schattnadeln an plötzliche Freiflächenbedingungen steigt an. Aus diesem Grund werden für einzelne Verjüngungselemente lichtere Schirme und kürzere Überschirmungszeiträume empfohlen. Der Berg-Ahorn sollte vorzugsweise auf kleineren Lücken angebaut werden. Hier vermag er in wenigen Jahrzehnten die aus der Vorratsabsenkung resultierende Zuwachsreduktion auszugleichen. Für die statische Stabilität kritische H:D-Relationen werden damit genauso vermieden, wie die durch unterschiedliche Mykorrhizatypen und die daraus folgenden Stoffumsätze im Oberboden resultierende zwischenartliche Konkurrenz. Insgesamt stellte sich die Bodenbearbeitung bei der Begründung der Voranbauten als vorteilhaft heraus. Rot-Buche, Berg-Ahorn und Weiß-Tanne erwiesen sich auf einer großen standörtlichen Breite in den sächsichen Berglagen als anbauwürdig. Die ebenfalls vorangebaute Gemeine Esche (Fraxinus exelsior L.), Douglasie (Pseudotsuga menziesii Franco) und Berg-Ulme (Ulmus glabra Huds.) leiden dagegen unter phytopathologischen Problemen und wurden bei der Modellanpassung nicht berücksichtigt. Für die periodischen Wuchsleistungen ist der Vorrat des Fichtenaltbestandes – stellvertretend für die vorhandene Biomasse – die entscheidende Einflussgröße. Er modifiziert die verjüngungsökologischen Bedingungen, wobei trotz morphologischer Anpassungen der Bäume im UST die Konkurrenz gegenüber der Faszilitation überwiegt. So werden auf Bestandeslücken, die in den Versuchen zwischen 0,02 und 0,5 ha groß waren, die größten Baumhöhen des Voranbaus erreicht.:1 Einleitung 2 Material und Methoden 3 Charakteristik der Zwischenergebnisse und Prädiktoren 4 Ergebnisse 5 Diskussion 6 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen 7 Zusammenfassung 8 Summary 9 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis 11 Literaturverzeichnis