No description available.

<p>Biological invasion is a major and growing threat to global biodiversity and human well-being, but research on the impacts of invaders on their recipient environments lags behind that on the mechanisms driving invader establishment and spread. The total impact of an invader is defined by its range size, abundance per unit area, and per-capita effect, with both per-capita effects and abundance varying over time and across the invader’s range. These context-dependencies are determined, in part, by functional differentiation between the invader and its recipient system. In this thesis, I investigate how functional differentiation between invaders and their recipient communities regulates the impact of plant invaders on community diversity and/or biomass production.</p> <p>First, I compare the effects of invasive Callery pear (<em>Pyrus calleryana</em> Decne.) to functionally similar native trees in three early-successional meadow environments in Indiana’s eastern corn belt plains. Despite my prediction that <em>P. calleryana</em> would have greater negative effects on the total biomass and diversity of the understory plant community compared to native trees, I found that <em>P. calleryana</em> had no significant impact on total cover, species richness, or Shannon’s or Simpson’s diversity indices for the understory community, compared to native <em>Liriodendron tulipifera</em> L., <em>Platanus occidentalis</em> L., or non-tree control plots. Likewise, <em>P. calleryana</em> had no significant impact on the native, introduced, woody, or native tree subsets of the understory community. These results indicate that the trait differences between <em>P. calleryana</em> and functionally similar native trees – and thus the per-invader effect of <em>P. calleryana</em> on its recipient community – are not of a great enough magnitude to produce changes in the understory community composition of these highly invaded, low diversity meadow environments with relatively new and sparse <em>P. calleryana</em> invasions. </p> <p>I then investigate the role of functional overlap in moderating invader impacts in California serpentine grassland communities through the lens of classic niche theory, which predicts that functional differentiation minimizes competition and therefore allows functionally distinct invaders to achieve higher establishment success but lower per-capita effects on their recipient communities. I tested this prediction by establishing small-scale experimental communities composed of individual or multiple functional groups differentiated by phenology – early-season annuals, nitrogen-fixing early-season annuals, and late-season annuals – and seeding these communities with early- or late-season invaders. I found that as invader density increased, effects on resident community biomass depended on complex patterns of invader and resident functional overlap. Across all resident community functional groups, the high density of early-season invaders enables them to capture a greater portion of total community biomass than late-season invaders, but early-season invaders reduce the ratio of resident:total invader biomass production by less, per-unit-biomass, than late-season invaders. These results highlight the need to consider both niche and fitness differences in predicting invader impacts and the complex nature of resident-invader interactions, which may not be sufficiently captured by coarse functional groups.</p>

Les champignons de la rhizosphère ont une grande influence sur le développement et la croissance des plantes. Certains de ces micro-organismes protègent les plantes contre les pathogènes, atténuent l'impact des stress abiotiques ou facilitent la nutrition des plantes. Ces organismes s'influencent mutuellement et forment des réseaux complexes d'interactions. Déterminer le fonctionnement du microbiome fongique de la rhizosphère des plantes cultivées est une étape nécessaire pour optimiser l'efficacité de la production végétale. Nous avons testé les hypothèses suivantes : (1) la diversification des systèmes de culture influe sur le microbiome fongique de la rhizosphère du canola; (2) le canola a un core microbiome, soit un ensemble de champignons toujours associés au canola quelles que soit les conditions du milieu; et (3) que certains de ces taxons ont une influence déterminante sur la structure des communautés (taxons nodaux) dans le core microbiome. Pour ce faire, en 2013 et 2016, nous avons échantillonné à la floraison, la phase de canola (Brassica napus) du système de culture, qui est l'un des deux types de canola (Roundup Ready® et Liberty Link®), utilisés dans le cadre d'une expérience de terrain à long terme (6 ans). Lacombe (Alberta), Lethbridge (Alberta) et Scott (Saskatchewan). En utilisant le séquençage d’amplicon par illumina, nous avons obtenus des résultats qui montrent que la diversification des cultures a un impact significatif sur la structure des communautés fongiques de la rhizosphère. Nous avons également découvert et décrit un core microbiome constitué de 47 OTU (Unité Taxonomique Opérationnelle) en 2013 et identifié Preussia funiculata, Schizothecium sp., Mortierella sp., Nectria sp. ainsi que deux taxons inconnus (OTU12 et OTU298) comme taxons nodaux parmi ce core microbiome. Cependant ce core microbiome s’est montré variable, et nous n’avons pu identifier qu’un OTU y appartenant en 2016 : Olpidium Brassicae. Nos résultats permettent de confirmer l’impact de la diversité culturale sur le microbiome fongique du canola et sont présentés comme une base pour le développement de stratégies d'ingénierie écologique pour l'amélioration de la production de canola. / The fungi in the rhizosphere have a large influence on plant development and growth. Some of these micro-organisms protect plants against pathogens, mitigate the impact of abiotic stress, or facilitate plant nutrition. These organisms influence each other and form complex webs of interactions. Deciphering the structure and function of the fungal microbiome of crop plant rhizosphere is a necessary step toward optimizing the efficiency of plant production. We tested the hypotheses that (1) the diversification of cropping systems influences the fungal microbiome of canola rhizosphere, (2) canola has a fungal core microbiome, i.e. a set of fungi that are always associated with canola, and (3) that some taxa have a determining influence on the structure of the communities (hub-taxa) within the core microbiome. In 2013 and 2016 we used the canola (Brassica napus) phase of five cropping system at blooming stage, from the less to the most diversified, that included one of two types of canola (Roundup Ready® and Liberty Link®), in an existing long-term (6 years) field experiment. The experiment has a randomized complete block design with four blocks, and is replicated at three locations: Lacombe (Alberta), Lethbridge (Alberta) and Scott (Saskatchewan). Our results show that crop diversification has significant impact on the structure of rhizosphere fungal communities. We also discover and described a canola core microbiome made of 47 OTUs in 2013 and identified Preussia funiculata, Schizothecium sp., Mortierella sp., Nectria sp. and two other unidentified taxa (OTU12 and OTU298) as the hub-taxa among this core. However this core microbiome was variable and could identify only one member in 2016 : Olpidium brassicae. Our results confirmed the effect of crop diversification upon the fungal microbiome of canola and are presented as a basis for the development of ecological engineering strategies for the improvement of canola production.

Interações planta-animal, tais como polinização, são a chave de processos ecológicos in muitas comunidades terrestres. O estudo de quem interage com quem é uma importante ferramenta para se entender os processos ecológicos e evolucionários. Em algumas comunidades tropicais, mais de um quarto de todas as espécies de planta pode ser polinizado por besouros. Eles são um grupo de inseto muito antigo e diversificado e eles interagem com angiospermas desde o período de suas origens e princípio da diversificação. Adicionalmente, a interação entre besouros e recursos florais provém singular oportunidade para se avaliar a complexidade de interações e a possibilidade de generalização como a tendência para plantas para usar uma enorme proporção da fauna de besouros visitantes como polinizadores, ou especialização com plantas usando uma proporção relativamente pequena da fauna disponível de visitantes como polinizadores. A distribuição espacial de espécies vegetais tem sido considerada um importante componente na determinação de interações planta-animal, sendo esperado que muitos padrões observados nestes sistemas resultem de variações na distribuição de recursos vegetais. A disponibilidade de recursos florais apresenta variações espaço-temporais que podem influenciar a eficiência dos polinizadores do ponto de vista quantitativo, pela freqüência de ocorrência da interação, ou qualitativo pela contribuição dada ao sucesso reprodutivo das espécies. Os principais objetivos da presente tese foram: 1) descrever a história natural e interação flores besouros em espécies de Cerrado em relação à heterogeneidade espaço-temporal da distribuição de recursos entre fitofisionomias localizadas na Estação Ecológica de Itirapina (EEI) e em área de Cerradão pertencente ao Instituto Arruda Botelho (22º12- 22º10S e 47º55- 47º57W, respectivamente) durante dois anos consecutivos; 2) verificar o padrão local de distribuição de flores e besouros em quatro fitofisionomias de cerrado estudadas; 3) caracterizar a nível de comunidade os padrões de interações observados na comunidade composta por besouros associados a flores; 4) finalmente, compreender detalhadamente um dos diversos sistemas de interação besouros-plantas registrados na área de estudo. Escolhemos o sistema de interação de D. furfuracea-besouros com o objetivo de descrever sua fenologia de floração e frutificação e seu sistema reprodutivo, verificando se há limitação polínica e de recursos. Também foi avaliada a função e o efeito dos visitantes florais sobre o sistema reprodutivo. Uma alta proporção de espécies de plantas tem suas flores visitadas por besouros em todas quatro fitofisionomias de Cerrado estudadas (12-40%), indicando que os dados disponíveis até o momento subestimam a ocorrência de cantarofilia para áreas de Cerrado. Este consiste no primeiro estudo focando toda uma comunidade de besouros associados a flores. Não houve variação temporal entre anos tanto para as redes de visitantes-flores ou para redes de polinizadores-plantas. Redes de polinizadores-plantas tiveram espécies de besouros altamente especialistas. Attalea geraensis¸ C. pubescens, D. furfuracea>, D. hispida, K. coriacea, S. petrea, T. formosa e X. aromatica consistem em espécies de planta envolvidas em muitas interações e foram consideradas espécies centrais. Tanto as redes de visitantes-flores, como a rede de polinizadores-plantas evidenciaram uma estrutura composta combinando estrutura de rede aninhada com compartimentada, mas com predomínio do padrão compartimentado. Estes compartimentos são resultantes tanto das muitas interações espécie-específica entre espécies de besouros e plantas, como daquelas espécies de planta que interagem com várias espécies especialistas de besouros. De modo geral, focando atenção nos besouros, ambas as redes, visitantes-flores e polinizadores-plantas foram definidas como altamente especializadas já que visitaram flores poucas espécies de planta tanto para comparações entre anos, como entre fitofisionomias. O presente estudo mostrou que o Cerrado apresenta sistemas de interação entre besouros e flores de espécies de planta com alta especificidade. Dentre as várias espécies de planta compreendidas nestas redes de interação de alta especificidade, merece desta D. furfuracea que apresenta uma fauna composta por várias espécies de besouros polinizadores altamente especialistas. Duguetia furfuracea é uma espécie auto-incompatível, cuja população estudada apresentou limitação polínica e de recursos no solo. Há duas guildas especializadas de besouros interagindo com esta espécie de planta. A primeira é composta por uma única espécie de curculionídeo (Plasilia sp.) que visitou suas flores em baixa abundância (média de 0,55 besouros por flor), mas com alta freqüência de ocorrência (44,9% das flores) e suas larvas consomem as sementes dos frutos que se desenvolvem. A segunda guilda é composta por várias espécies de besouros nitidulídeos, principalmente Colopterus sp.3 que visitaram as flores em grande abundância (média de 99 besouros por flor) e também com alta ocorrência de visitação (92% das flores) e que efetivamente promoveram a polinização. O sistema de polinização de D. furfuracea consiste no primeiro caso de polinização mutualística obrigatória envolvendo diferentes guildas de visitantes florais. Este também é o primeiro sistema de polinização combinando polinizadores previsíveis e confiáveis, consumo de sementes, limitação polínica e limitação por recursos, o que resulta em um complexo e eficiente mecanismo para regulação da população do visitante floral consumidor de sementes e para otimizar o sucesso reprodutivo da planta. / Plant-animal interactions, such as pollination, are a key element in many terrestrial communities. The study of who interacts with whom is an important approach for understanding ecological and evolutionary processes. In some tropical communities, up to one quarter of all plant species may be pollinated by beetles. They are an ancient and much diversified insect group and they interact with angiosperms since the time of their origin and early diversification. Additionally, the interaction between beetle and floral resource provide unique opportunity to evaluate the complexity of interactions and the possibility of generalization as the tendency for plants to use a large proportion of the available beetle-visiting fauna as pollinators, or specialization with plants using a relatively small proportion of the available beetle visiting fauna as pollinators. The spatial distributions of plant species have been considered an important component in the determination of plant-animal interactions, and it is expected that many patterns observed in these systems resulting from variations in the resource distribution of plants. The availability of floral resources presents spatio-temporal variations that may affect the pollinator efficiency in its quantitative traits through frequency of occurrence of the interaction, or qualitative by its contribution to the fitness plant. Thus, the main objectives of this present thesis were: 1) describe the natural history and interactions of beetle with flowers in Cerrado species focusing the spatio-temporal heterogeneity of the resource distribution among phytophysiognomies located in the Itirapina Ecological Station and in the Cerradão area belongs to the Arruda Botelho Institute (22º12- 22º10S and 47º55- 47º57W, respectively) during two consecutive years.; 2) verify the local pattern of flowers and beetle distribution in the four cerrado phytophysiognomies studied; 3) characterize in the community level the interaction patterns observed in the community composed by beetles associated to flowers; 4) finally, comprehend deeply one of the several beetle-flower systems recorded to this studied area. We chose the D. furfuracea-beetle interaction system with aim to describe its flowering and fruit phenology and its reproductive biology verifying if there are pollen and resource limitation. Also was evaluated the role and effect of floral visitors in the fitness plant. A high number of flowering species was visited by beetles (12-40%) indicating that the data available up to now underestimate the representation of this interaction in Cerrado areas. This work represents the first study focusing in the entire beetle community associated to flowers. Was found no temporal variation in the interaction between beetles and flowers. Pollinator-plant webs had beetle species highly specialist. A. geraensis¸ C. pubescens, D. furfuracea, D. hispida, K. coriacea, S. petrea, T. formosa and X. aromatica , involved in many interactions were considered as core species. Both the visitor-flower and the pollinator-plant webs showed a compound structures mixing nested and compartmented networks structure, but predominating the compartmented pattern. These compartments are resultant from both of the many species-specific interactions between beetle and plant species and of the plant species that interact with several specialist beetle species. Both visitor-flower and pollinator-plant webs may be denominated as highly specialist from the beetle perspective whereas that these beetle fauna visited flowers of very few plant taxa over time and space. The present study showed that the Cerrado presents interaction systems between beetles and plants species with high specificity. Among the several plant species comprised in these interaction webs with high specificity, D. furfuracea presents a very interesting pollinator system, presenting a fauna composed by several pollinator beetle species highly specialized. D. furfuracea is a self-incompatible species, which studied population presented pollen and resource limitation. There are two specialized beetle guilds interacting with this plant species. The first guild is composed just by one curculionid species (Plasilia sp.) that visited flowers with low abundance (median of 0.55 beetles per flower), but presenting high frequency of occurrence (44.9% of the flowers) and their larvae consumed seed of that fruits that developed. The second guild is composed by several nitidulid beetles, principally Colopterus sp.3 that visited flowers in large abundance (median of 99 beetles per flower) and also presented high visitation occurrence (92% of flowers) and that effectively promoted the pollination. The pollination system of D. furfuracea consists is the first case of obligate pollination mutualism case involving different guilds of floral visitors. This also constitutes the first pollination system combining predictable and reliable pollinators, seed consumption, pollen and resource limitation resulting in a complex and efficient mechanism to regulate the seed consuming by floral visitor`s population and to optimize the plant fitness

Este trabalho discute a variabilidade dos fluxos de energia à superfície e de CO2 sobre uma área de Cerrado Sensu stricto no interior de São Paulo, e de uma área de ecótono Floresta-Cerrado (sazonalmente alagável) no Estado do Tocantins. Foram utilizadas medidas micrometeorológicas médias de 30 min, do clima (temperatura e umidade do ar, precipitação, velocidade do vento), dos fluxos de radiação (solar, PAR, saldo de radiação) e fluxos turbulentos de calor sensível, latente e CO2, coletadas no Cerrado durante o período de 2001 a 2003, e no ecótono durante Outubro de 2003 a Setembro de 2004. O ecótono e o Cerrado estão sob solos arenosos, homogêneos, com alta capacidade de infiltração e baixa de armazenamento. O Cerrado s.s. mostrou-se um ecossistema com forte sazonalidade da capacidade fotossintética, do Albedo-PAR e dos fluxos atmosféricos de CO2. Há uma fase de sumidouro e outra de fonte de CO2, corroborando os dados da literatura. Na escala da variabilidade interanual, as variações dos estados funcionais do Cerrado, como sumidouro ou fonte de CO2, foram fortemente dependentes das variações da precipitação e da temperatura mínima. No ecótono Floresta-Cerrado, a fase de inundação induz à uma diminuição gradual da respiração do sistema e da produtividade primária. A diminuição na produtividade ocorre com um atraso de ~45 dias, que poderia ser um tempo de assimilação e tolerância do sistema ao estresse induzido por anóxia. A redução da respiração do ecossistema ocorre ao passo que no regime alagado as perdas de CO2 ocorrem por evasão da superfície de água livre, um processo que aparentemente tem uma fonte de emissão menor que os processos de respiração do solo em condições secas. Durante a maior parte da inundação o ecótono continua a manter-se como um sumidouro de CO2 atmosférico durante, ao menos, 3 meses. O parâmetro RUE do ecótono foi cerca de 5 vezes maior do que o do Cerrado. A diferença de eficiência se deve possivelmente ao maior índice de área foliar das formações florestais da transição Floresta-Cerrado. A funcionalidade é controlada por fatores ambientais de maior escala que as locais. No caso do Cerrado s.s. há uma forte dependência do regime de chuvas e da temperatura mínima. No caso do ecótono Floresta-Cerrado, a suscetibilidade parece ser uma função do tempo de inundação. / This work discusses the energy and CO2 flux variability over a Cerrado Sensu stricto, in São Paulo state, Brazil, and over a seasonally inundated Forest-Cerrado ecotone in Tocantins state, Brazil. Micrometeorological measurements (30 minute average) of weather (temperature, relative humidity, precipitation and wind speed), radiation fluxes (solar radiation, PAR and net radiation), and CO2, latent and sensible heat turbulent fluxes were made for the Cerrado from 2001 to 2003. Measurements for the ecotone were made from October 2003 to September 2004. Both environments have sandy, homogeneous soils, with high infiltration capacity and low water storage. Cerrado s.s. showed strong seasonality for photosynthetic capacity, Albedo-PAR and CO2 atmospheric fluxes. As seen in other works, the Cerrado has both a CO2 sink and a CO2 source phase. These are strongly dependent on the precipitation and minimal temperature. Inundation of the Forest-Cerrado ecotone results in a gradual decrease in the system’s respiration and primary productivity. A lag of approximately 45 days is seen in the primary productivity reduction. This could represent the system’s resistance and tolerance due to anoxia stress. Ecosystem respiration in the inundated period is lower than in the dry period, apparently due to the lower CO2 outflux from the free water surface, in comparison with the CO2 flux from the soil. During most of the inundation period, the ecotone acts as a sink for CO2, for at least 3 months. The RUE for the ecotone was proximately 5 times higher than the Cerrado. This is probably due to the higher leaf area index of the forest area in the ecotone. The functionality of both biomes is controlled by larger scale environmental factors, as opposed to local factors. The Cerrado s.s. has a strong dependence precipitation and minimal temperature. The Forest-Cerrado ecotone shows a high dependence on the length of the inundated period.

A descrição de padrões, i.e., tendências ou arranjos não aleatórios em comunidades, possui um longo histórico em ecologia vegetal. Comumente, a estrutura e diversidade de comunidades vegetais são descritas a partir de sua distribuição em classes de tamanho (SDD), distribuição espacial (SSD) e de sua distribuição abundância de espécies (SAD). Isto porque há um pressuposto de que padrões existentes nestes descritores de comunidades são assinaturas de processos fundamentais na sua organização e funcionamento. Assim, a descrição de padrões é com frequência o primeiro passo para gerar ou testar hipóteses sobre esses processos que regulam a estrutura e diversidade de comunidades. Organizada em diferentes capítulos, esta tese teve como objetivo central descrever e comparar padrões em diferentes comunidades arbóreas Neotropicais, buscando gerar hipóteses sobre os processos que regulam sua organização e funcionamento. Para tanto, buscou-se utilizar uma abordagem de inferência baseada no ajuste e seleção de modelos, que foi realizado usando máxima verossimilhança estatística. Em todos os capítulos, os dados sobre as comunidades arbóreas são oriundos de diferentes parcelas florestais permanentes, quatro delas com 10,24 hectares, localizadas no Brasil, e outra com 50 hectares, localizada no Panamá. Além da introdução geral sobre os conceitos e técnicas utilizadas nesta tese (Capítulo 1), foram avaliados e comparados: (i) os descritores básicos da estrutura florestal (i.e. abundância, área basal e riqueza de espécies por sub-parcela - Capítulo 2); (ii) a SAD e como ela varia com o aumento da escala e tamanho amostral (Capítulo 3); (iii) a SDD e como ela se relaciona com a demografia das espécies (Capítulo 4.1 e 4.2); e, por fim, (iv) a SSD e como ela varia entre parcelas permanentes (Capítulo 5). Apenas a relação entre a SDD e a demografia das espécies foi realizada como os dados da parcela panamenha, enquanto que os demais capítulos se referem as quatro parcelas brasileiras. Cada capítulo utilizou métodos e modelos probabilísticos distintos para a descrição e comparação das variáveis de interesse. O Capítulo 2 mostrou que os descritores básicos florestais foram muito diferentes entre as quatro parcelas brasileiras. Estes descritores foram raramente normais nas escalas estudadas e as diferenças entre as parcelas foram mais evidentes quando a variância é considerada, fornecendo informações extras sobre os processos geradores de variabilidade dentro das parcelas. O Capítulo 3 mostrou que a mudança no formato da SAD com o aumento da escala é predominantemente um efeito indireto do tamanho da amostra. Assim, pode haver um efeito de escala, mas esse efeito é pequeno e parece depender do grau de similaridade de espécies entre amostras. No capítulo 4.1, foi necessária uma combinação de quatro diferentes distribuições de probabilidade para descrever a ampla gama de SDD, visto que os modelos candidatos raramente foram adequados para a maioria das espécies. No capítulo 4.2, verificou-se que o crescimento e recrutamento determinam o formato da SDD, o que não aconteceu com a mortalidade. No geral, curvas decrescentes de crescimento por diâmetro (i.e., maior crescimento juvenil) levaram à SDD menos íngremes, enquanto que taxas altas de recrutamento estiveram relacionadas à SDD mais íngremes. Apesar das previsões da teoria de equilíbrio demográfico terem apresentado relações positivas com as SDD observadas, houve muita variação, fazendo com que as previsões fossem pouco confiáveis. No capítulo 5, confirmou-se que a grande maioria das espécies se distribui de maneira agregada no espaço. No entanto, as parcelas apresentaram diferentes padrões de intensidade e tamanho de agregação. As diferenças nestes padrões entre parcelas foram, em geral, similares àquelas encontradas ao comparar populações de uma mesma espécie entre parcelas. Assim, as parcelas permanentes brasileiras apresentaram padrões bem distintos umas das outras, tanto em termos de estrutura quanto de diversidade de espécies, padrões estes que provavelmente foram determinados pelas condições ambientais as quais estas comunidades estão sujeitas. Diferentes padrões também foram encontrados em relação à distribuição espacial das espécies (i.e. frequência, intensidade e tamanho de agregação). Contudo, os resultados sugeriram que estes padrões estiveram mais ligados a heterogeneidade ambiental interna das parcelas do que com condições de clima e solo as quais estas comunidades estão sujeitas. Por outro lado, os padrões de distribuição espacial das espécies parecem ter influenciado os padrões de diversidade das comunidades. Não houve, entretanto, um número suficiente de parcelas sob as diferentes combinações de condições ambientais para testar estas sugestões ou para fazer generalizações para cada formação florestal, sendo necessário o confronto destas sugestões com outros estudos realizados em condições similares. Já na parcela panamenha, foi confirmada a expectativa teórica de que distribuições diamétricas refletem a demografia das espécies, em especial os padrões de crescimento e recrutamento. Mas, houve grande variação entre as espécies, dificultando a inferência precisa de padrões demográficos passados das espécies a partir de SDD atuais. Por fim, a abordagem analítica baseada no ajuste e seleção de modelos por máxima foi uma alternativa viável, flexível e apropriada, principalmente em relação à comparação simultânea de diferentes modelos e à busca de processos por trás dos padrões encontrados. Apesar de algumas limitações de cunho operacional, a abordagem baseado em modelos é uma alternativa adequada para a descrição de comunidades arbóreas, podendo ser utilizada de maneira consorciada com outras abordagens (e.g. testes de hipóteses) para descrever padrões e para gerar ou testar hipóteses sobre esses processos fundamentais que regulam a estrutura e diversidade destas comunidades. / Pattern description - search for trends or non-random arrangements in communities, has a long history in plant ecology. Commonly, the structure and diversity of plant communities are described based on their size class distribution (SDD), spatial distribution (SSD) and species abundance distribution (SAD). This is because there is an underlying assumption that the existing patterns in these community descriptors are signatures of key processes determining their organization and functioning. Thus, pattern description is often the first step to generate or test hypotheses about the processes governing community structure and diversity. Organized in different chapters, the main goal of this thesis was to describe and compare different patterns in Neotropical tree communities and to generate hypotheses about the processes that regulate them. To do so we used an approach based on model selection, which was performed using maximum likelihood. In all chapters the data on tree communities came from different permanent forest plots, four of them of 10.24 ha located in Brazil and another 50 ha located in Panama. In addition to the general introduction of key concepts and techniques used along the thesis (Chapter 1), it was evaluated and compared: (i) the basic forest descriptors (i.e. abundance, basal area and species richness per subplot - Chapter 2), (ii) the SAD and how it varies with increasing sample size and scale (Chapter 3), (iii) the SDD and how it relates to species demography (Chapter 4.1 and 4.2) and, finally, (iv) the SSD and how it varies between plots (Chapter 5). Only the relationship between SDD and species demography o was performed using the Panama plot data, while the remaining chapters relate the four Brazilian plots. Each chapter used different methods and probabilistic models for the description and comparison of the variables of interest. In Chapter 2, it was found that basic forest descriptors were very different between the four Brazilian plots. These descriptors were rarely normal at the studied scales and differences between plots were more evident when variance is accounted for, which seems to provide information on processes generating within-plot variability. Chapter 3 showed that the change in shape of the SAD due to increasing scale is predominantly an indirect effect of sample size. Thus, there may be an effect of the scale, but this effect is minor and seems to depend on the degree of species turnover between samples. In Chapter 4.1, it was shown that the combination of four different probability distributions was necessary to describe the wide range of SDD, since models were rarely appropriate for the majority of tree species. In Chapter 4.2, it was found that growth and recruitment, but not mortality, shape the SDD. On average, decreasing growth-diameter curves (i.e. higher juvenile growth) were associated to less steep SDD, whereas high recruitment rates were related to steeper SDD. Although the predictions of demographic equilibrium theory were positively related to the observed SDD, there was lots of variation, making predictions quite unreliable. In Chapter 5, it was confirmed that the great majority of species had clumped spatial distributions. However, the results of intensity and size of clumps showed that the patterns of aggregation were different among plots. Species shared between two plots generally showed patterns of spatial distribution that matched the patterns found for individual plots. Therefore, the Brazilian plots presented very distinct patterns, both in terms of structure and species diversity, which were most probably determined by the environmental conditions to which these communities are subjected. Different patterns among plots were also found in respect to species spatial distribution (i.e. frequency, intensity and size of aggregation). However, the results suggested that these patterns were more connected to within-plot environmental heterogeneity than with climate and soil conditions. On the other hand, the spatial distribution of the species seems to have influenced the patterns of diversity of communities. There was not, however, a sufficient number of plots under different combinations of environmental conditions to test these suggestions or to make generalizations for each forest type, being necessary to confront these suggestions with other studies conducted in similar conditions. In the Panamanian plot, it was confirmed the theoretical expectation that diameter distributions reflect the demographics of the species, in particular the patterns of growth and recruitment. But there was great variability among species, making it difficult to infer past demographic patterns from current SDD. Finally, the analytical approach based on model fit and selection by maximum likelihood was a viable, flexible and appropriate approach, particularly in respect to the simultaneous comparison of different models and to the search for mechanisms underlying patterns. Despite some more operational limitations, the model-based approach is an appropriate alternative for the description of tree communities and can be jointly used with other approaches (e.g. hypothesis testing) for pattern description and to generate and test hypotheses on the fundamental processes that determine the structure and diversity of these communities.

Os padrões de associação entre epífitos e forófitos não podem ser considerados espécie-específicos, mas as árvores que os epífitos colonizam também não são um conjunto aleatório das espécies forofíticas de um determinado local. Ao invés disso, parece haver uma preferência de certos epífitos por diferentes forófitos. No entanto, se conhece pouco sobre os fatores que determinam essa preferência. Nosso objetivo nesse trabalho é avaliar como os atributos funcionais e a filogenia dos epífitos vasculares influenciam na associação dos epífitos com os forófitos em uma Floresta Ombrófila Mista no sul do Brasil. Para isso nós (1) investigamos padrões de associação positiva e negativa entre grupos funcionais de epífitos e grupos de forófitos e como a diversidade e os atributos funcionais dos epífitos variavam em função do tamanho do forófito e (2) inferimos sobre a existência de sinal filogenético no uso de árvores hospedeiras pelos epífitos, procuramos por estrutura filogenética nas comunidades epifíticas e investigamos diferenças de composição filogenética de epífitos vasculares em diferentes clados de forófitos. Foram amostrados 70 forófitos compreendendo 15 espécies pertencentes a diversos clados e com arquiteturas e características variadas. A amostragem compreendeu 31 espécies epifíticas com os principais clados sendo Polypodiaceae, Bromeliaceae e Orchidaceae. A associação de grupos de epífitos vasculares com diferentes grupos de forófitos sugere que as características dos forófitos proporcionam ambientes contrastantes e que diferentes valores de atributos são necessários para colonizar esses ambientes. Mais especificamente espécies epifíticas com menor área específica foliar (SLA) parecem predominar em árvores maiores e maior SLA em árvores menores. Encontramos sinal filogenético na utilização dos forófitos, sugerindo que a conservação das interações com os forófitos deve ter sido importante ao longo da evolução dos epífitos. A tendência a agrupamento filogenético nas comunidades epifíticas sugere a influência de filtros ambientais representados pelas diferentes características dos forófitos estruturando as assembleias de epífitos. Clados mais basais de forófitos apresentaram composição filogenética distinta devido, sobretudo, a presença de diferentes clados de monilófitos epifíticos nessas árvores. Angiospermas epifíticas ocorreram principalmente em forófitos pertencente as eurosídeas. A preferência de epífitos por forófitos parece ser influenciada pelo surgimento de novidades morfológicas e ecofisiológicas em alguns clados, enquanto outros mantiveram o seu nicho ancestral. A composição florística das florestas quando da origem dos clados epifíticos também parece influenciar a associação entre epífitos e forófitos. Ao utilizar informações sobre os atributos e filogenia das espécies de epífitos vasculares nós podemos melhor compreender os mecanismos ecológicos e históricos que influenciam os padrões de associação entre epífitos e forófitos. / It has been shown that patterns of association between epiphytes and phorophytes can not be considered species-specific, although the trees that epiphytes colonize are not a random subset of phorophyte species in a particular location. Instead, there seems to be a preference of some epiphytes for different phorophytic species. However, little is known about the factors determining this choice. Our objective in this study is to assess how functional attributes and phylogeny of vascular epiphytes influence the association of epiphytes with the phorophytes in an Araucaria Forest in Southern Brazil. For that we (1) investigated the positive and negative association patterns between functional groups of epiphytes and groups of phorophytes and how functional diversity and functional traits of epiphytes varied with host tree size and (2) inferred about the existence of phylogenetic signal on the host trees use by epiphytes, looked for phylogenetic structure in the epiphytic communities and investigated differences in the phylogenetic composition of vascular epiphytes in different phorophyte clades. We used a sample of 70 phorophytes comprising 15 species and belonging to different clades and with different architectures and traits. The sample comprised 31 epiphytic species, the major clades being Polypodiaceae, Bromeliaceae and Orchidaceae. The combination of vascular epiphyte groups with different groups of 15 phorophytes suggests that phorophyte traits provide contrasting environments and that different trait values are needed to colonize these environments. More specifically, epiphytic species with lower specific leaf area (SLA) seem to predominate on larger trees and with higher SLA values on smaller trees. We found phylogenetic signal on the host tree use, suggesting that conservatism of the interactions with phorophytes must have been important throughout the evolution of epiphytes. The tendency to phylogenetic clustering in the epiphytic communities suggests the influence of environmental filters represented by phorophyte traits structuring epiphyte assemblages. More basal clades of phorophytes showed different phylogenetic composition mainly due to the presence of different epiphytic monilophyte clades on these trees. Epiphytic angiosperms occurred mainly on those trees belonging to eurosids. The preference of epiphytes for phorophytes seems to be influenced by morphological and ecophysiological novelties in some lineages, while other clades kept their ancestral niche. The floristic composition of forests at the origins of epiphytic lineages also appears to influence the association between epiphytes and phorophytes. By using information about the traits and phylogeny of species of vascular epiphytes we can better understand the ecological and historical mechanisms that influence the patterns of association between epiphytes and phorophytes.

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.

Understanding the mechanisms that regulate local species diversity and community structure is a perennial goal of ecology. Local community structure can be viewed as the result of numerous local and regional processes; these processes act as filters that reduce the regional species pool down to the observed local community. In stream ecosystems, the natural flow regime (including the timing, magnitude, and duration of high and low flow events) is widely recognized as a primary regulator of local diversity and community composition. This is especially true in aridland streams, where low- and zero-flow events can occur frequently and for extended periods of time (months to years). Additionally, wetted habitat patches in arid-land stream networks are often fragmented within and among stream networks. Thus dispersal between isolated aquatic patches may also play a large role in regulating local communities. In my dissertation, I explored the roles that drought, dispersal, and local habitat factors play in structuring arid-land stream communities. I examined the impact of flow permanence and seasonal variation in flow and other abiotic factors on aquatic communities at both fine spatial scales over a long time period (8 years; Chapter 2) and at a broad spatial scale over a shorter time period (1-2 years; Chapter 4). Additionally, I quantified aquatic invertebrate aerial dispersal over moderate spatial scales (��� 0.5 km) by conducting a colonization experiment using artificial stream pools placed along and inland from two arid-land streams (Chapter 4). Finally, I examined the roles of spatial isolation, microhabitat type, and local abiotic and biotic factors in structuring aquatic communities in freshwater oases scattered across one of the most arid regions of North America, the southern Sonoran Desert (Chapter 5). In Chapter 2, I found that severe drought caused an unprecedented drying event in isolated perennial stream pools, and that several additional drying events occurred over the following four years. This transition to intermittent flow caused the extirpation of several large, long-lived species with low dispersal abilities (including the top predator) and drove the local community into an alternative state. In the colonization experiment described in Chapter 3, I found that several arid-land stream invertebrate taxa disperse widely and frequently. The widespread dispersers identified by this experiment included several of the earliest colonist taxa observed following the severe drought described in Chapter 2. Other taxa, though, only dispersed overland after receiving an environmental cue (rainfall) or preferentially dispersed along stream corridors. In Chapter 4, where I examined invertebrate community structure across a large network of well-connected intermittent and perennial reaches, I found low diversity in intermittent reaches, regardless of their connectivity to diverse upstream perennial reaches. These species-poor, intermittent communities were composed of a unique suite of species with lifehistory adaptations that conferred desiccation resistance, including extended egg and larval diapause stages. The short flow duration of intermittent reaches (<100 days) likely precluded upstream perennial taxa from establishing populations in downstream intermittent reaches before drying occurred, while the relative predictability of flow timing (Dec-Apr) likely allowed for a small number of species to develop appropriate life-history traits (e.g., diapause stage, rapid development time) to exploit these temporally-fleeting habitats. In Chapter 5, I found over 220 species of aquatic animals (including ��� 5 undescribed species) in the 19 desert oases that were sampled across the southern Sonoran Desert. Local community composition in these oases was strongly driven by microhabitat type. Additionally, native aquatic species richness and abundance in these oases were significantly reduced by the introduction of tilapia, an exotic fish species. The threats to arid-land streams presented by increased drought severity, anthropogenic water withdrawals, and local habitat degradation (e.g., introduced species, unmanaged recreational use) are grave across the southwestern US and northwestern Mexico. I hope that in addition to furthering our understanding of ecological processes in arid-land streams, this dissertation makes a small contribution towards the efforts to preserve these habitats. / Graduation date: 2013 / Access restricted to the OSU Community at author's request from July 18, 2012 - July 18, July 2013

Many regional and local factors can influence the distribution of native and exotic species in ecological communities. I examined the regional- and local-scale determinants of native and exotic vascular plant species richness and composition in a highly fragmented oak savanna ecosystem on southeastern Vancouver Island. In sharp contrast to most reported results, I found a negative relationship between native and exotic richness at the regional scale, and no relationship at the local scale. Two extrinsic factors, surrounding road density and climate, best explained the regional-scale relationship by each affecting natives and exotics in opposite ways. Road density and climate were also the dominant predictors of native and exotic composition at the regional scale. Patterns in the patch occupancy of individual species confirmed the importance of these factors but I found that low surrounding road densities and cool, wet conditions predicted the presence of many natives and the absence of many exotics. Environmental factors explained variation in richness and composition at the local scale, but these factors were different for natives and exotics. My results suggest that natives and exotics respond to roads and climate in fundamentally different ways. Roads increase both exotic propagule pressure and disturbance, which may facilitate exotic invasion. In contrast, disturbance from roads may increase the likelihood of local extinction for particular natives. Differing climatic preferences within the native and exotic species pools may also partially explain the observed patterns. There was no evidence that native diversity directly affects exotic diversity (or vice versa). Surprisingly, I found that connectivity was not an important predictor of richness or composition despite the high degree of habitat fragmentation in this ecosystem.