Diversity and Ecological patterns of Bolivian deciduous forests
Diversität und ökologische Muster in saisonalen Wäldern Boliviens
von Reynaldo Linares-Palomino
Datum der mündl. Prüfung:2009-01-30
Erschienen:2009-02-03
Betreuer:PD Dr. Michael Kessler
Gutachter:Prof. Dr. Teja Tscharntke
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Name:linares_palomino.pdf
Size:3.56Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
This dissertation focuses on two aspects of tropical forests. In the first part I report patterns of plant diversity at local scales in a central Bolivian Andean foothill seasonal forest and evaluate the importance that different life-forms have on contributing to overall diversity. Total vascular plant species surveys from three 1-ha plots yielded species richness values from 297 species and 22360 individuals per hectare to 382 species and 31670 individuals per hectare. Epiphytes, and other non-woody life-forms, contributed to significant numbers of overall species richness and abundances. Comparisons of the observed patterns with other inventories in the Neotropics, showed that the studied Central Bolivian forest plots were similar in total species richness to other dry deciduous and humid montane forests, but less rich than most Amazonian forests. Nonetheless, species diversity of lianas, terrestrial herbs and especially epiphytes proved to be of equal or higher species richness than most other neotropical forest inventories from which data are available. These results highlight the significant contribution that non-woody life-forms in Andean forest ecosystems have toward overall species diversity and abundances, and show that we need an increased inventory effort of these life-forms in order to obtain accurate information useful for the characterization of vegetation types, for the mapping of diversity hotspots and ultimately for conservation purposes. However, since woody species (especially trees above a certain diameter cut-off) are still extensively used to characterise tropical vegetation, I also present a detailed account of the tree inventories on the same three one-hectare plots in central Bolivia. Inter-plot comparisons showed remarkable variation even though the vegetation of the study area was assigned by a recent classification to one single vegetation unit. Few species were shared among plots and most (between 34 % and 50 %) were locally rare, i.e., species with only one or two individuals pe r plot. The species richness values we found in this study were similar to other tree inventories in comparable seasonal forest ecosystems in Bolivia. Species and familial composition, however, were contrastingly different, except for the well-known fact that Leguminosae is the numerically most important family in seasonally dry neotropical forest ecosystems.In the second part of this dissertation I focus on (meta-)community patterns and address questions about the processes and mechanisms that might have produced them. I first present results from a study at a large geographical scale, covering the whole of Bolivia. Using presence-absence data for species of Acanthaceae, Bromeliaceae, Cactaceae and Pteridophyta occurring in Bolivian Andean seasonally dry forest islands I explore patterns in the beta-diversity of these plant groups. Floristic comparisons among the islands showed that Acanthaceae and Bromeliaceae, showed coincident biogeographic patterns, suggesting two disjunct seasonally dry forest groups in Andean Bolivia: one including all small isolated northern dry valleys and another including all southern valleys with connections to the lowland seasonal forests in southern and western Bolivia. Furthermore, the analysis of the variation of the beta-diversity of each studied plant group suggested an important role of group-specific dispersal characteristic. Thus, plant groups with species that have seed dispersal restricted to short distances (a few tens of metres as in Acanthaceae and Bromeliaceae) were geographically structured. In contrast, groups with species without long-distance dispersal limitation and with a potentially ubiquitous distribution (as in pteridophyta, due to their wind-dispersal system), were rather more influenced by local environmental site conditions suggesting post-dispersal restricting mechanisms (e.g., during establishment).In a second study, I used the information from the total vascular plant inventories in central Bolivian forest referred to above to evaluate if and to what extent a suite of environmental factors influenced plant species richness and community composition at the local scale. The results suggested a major role of selected above and below-ground environmental gradients in determining small scale patterns of species richness and community composition, of the whole forest community and also of each life-form group (terrestrial herbs, epiphytes, shrubs, lianas and trees). Different life-forms, however, were related to different combinations of these factors and the latter were not able to account for a significant fraction of the variation in the data. In conclusion, spatial and environmental factors (individually or acting together) can be invoked to explain species richness and community composition patterns in the tropical deciduous forests of Bolivia. The importance of each one appears to depend on the geographical scale at which the study is made and on the ecological characteristics of the study group. However, neither of them is able to explain all the variation in the data, and novel methods that include evolutionary information of each taxon need to be explored.
Keywords: Andes; community assembly; neotropical dry forest; seed dispersal; whole plant inventory
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Diese Arbeit behandelt zwei Aspekte der tropischen
Wälder. Im ersten Teil berichte ich über
Pflanzendiversitätsmuster auf lokaler Ebene in
saisonalen Wäldern der zentralen bolivianischen Anden
und beurteile die Bedeutung, die verschiedene
Lebensformen auf die gesamte Diversität haben.
Erhebungen aller vaskulärer Pflanzenarten auf drei 1-ha
Plots ergaben Werte von 297 Arten und 22360 Individuen
pro Hektar bis 382 Arten und 31670 Individuen pro
Hektar. Epiphyten und andere nicht-holzige Lebensformen
trugen signifikant zur gesamten Artenvielfalt und
Individuenzahl bei. Vergleiche der beobachteten Muster
mit anderen Erhebungen in den Neotropen zeigten, dass
die untersuchten bolivianischen Wälder ähnlich
artenreich wie andere trocken und feucht-montane Wälder
waren, jedoch weniger artenreich als die meisten
Tiefland Regenwälder Amazoniens. Dennoch wiesen Lianen,
terrestrische Pflanzen und vor allem Epiphyten gleiche
oder höhere Artenzahlen als die meisten anderen
neotropischen Wälder auf, für die Daten zur Verfügung
standen. Diese Ergebnisse machen deutlich, dass
nicht-holzige Lebensformen in andinen Waldökosystemen
einen wesentlichen Beitrag zur gesamten Artenvielfalt
und Häufigkeit ausmachen. Sie zeigen, dass wir größeren
Aufwand für die Aufnahme dieser Lebensformen betreiben
müssen um genauere Informationen zur Charakterisierung
der Vegetationstypen und der Diversitäts-Hotspots zu
erhalten. Dies wäre wichtig um Naturschutzziele zu
verwirklichen. Da jedoch holzige Arten (vor allem Bäume
ab einem bestimmten Durchmesser) immer noch weitgehend
zur Charakterisierung der tropischen Vegetation benützt
werden, zeige ich auch einen detaillierten Bericht über
Baum-Inventuren auf den gleichen drei 1-ha Flächen in
Zentral-Bolivien. Vergleiche zwischen den Plots zeigten
bemerkenswerte Unterschiede, auch wenn die Vegetation
der Region kürzlich als eine einzige Vegetationseinheit
eingestuft wurde. Nur wenige Arten kamen auf allen
Plots vor, die meisten (zwischen 34% und 50%) waren
örtlich selten, das heißt, Arten mit nur eine m oder
zwei Individuen je Aufnahmeplot. Die
Artendiversitätswerte in dieser Studie waren ähnlich
wie in anderen vergleichbaren Baum-Inventuren
saisonaler Waldökosysteme in Bolivien. Arten- und
Familienzusammensetzung waren jedoch verschieden, mit
Ausnahme der bekannten Tatsache, dass Leguminosen die
zahlenmäßig wichtigste Familie in den saisonal
trockenen neotropischen Waldökosystemen ist.Im zweiten Teil dieser Arbeit untersuche ich Muster
in (Meta-) Gemeinschaften und stelle Fragen über die
Prozesse und Mechanismen, die sie produziert haben
könnten. Ich stelle zuerst die Ergebnisse einer Studie
vor, die sich räumlich über ganz Bolivien streckt. Mit
Präsenz-Absenz Daten für Arten in den Acanthaceen,
Bromeliaceen, Kaktaceen und Pteridophyta, die in
saisonal trockenen Waldinseln der bolivianischen Anden
vorkommen, erkunde ich Muster in der Beta-Diversität
dieser Pflanzengruppen. Floristische Vergleiche
zwischen den Inseln zeigten, dass Acanthaceen und
Bromeliaceen gleiche biogeographische Muster zeigten,
die auf zwei disjunkte saisonal trockene Wald-Gruppen
in den Anden Boliviens deuten: eine Gruppe mit allen
kleinen, isolierten, nördlichen, trockenen Tälern und
eine andere Gruppe mit allen südlichen Tälern, die
Verbindungen mit den saisonalen Wäldern im südlichen
und westlichen Tiefland Boliviens haben. Die Analyse
der Variation der Beta-Diversität der einzelnen
untersuchten Pflanzengruppen deutete eine wichtige
Rolle der Gruppen-spezifischen
Verbreitungscharakteristiken. Pflanzengruppen mit Arten
die ihre Samen nur auf kurze Entfernungen verbreiten
können (ein paar Dutzend Metern, wie in den Acanthaceen
und Bromeliaceen), wurden geografisch strukturiert.
Gruppen mit Arten ohne Einschränkung für die Entfernung
der Samenverbreitung und mit einer potenziell
allgegenwärtigen Verteilung (wie in den Pteridophyta,
aufgrund ihres Wind-Verbreitung-Systems), wurden im
Gegensatz dazu stärker von den lokalen
Umweltbedingungen beeinflusst, was auf
Einschränkungsmechanismen nach der Verbreitungsphase
hindeutet (z. B. während der Etablierung).In einer zweiten Studie, habe ich die Informationen
aus der gesamten Pflanzeninventur des bolivianischen
Waldes die ich oben erwähne benützt, um zu bewerten, ob
und in welchem Umfang eine Reihe von Umweltfaktoren den
Pflanzenarten-Reichtum und die Zusammensetzung der
Gemeinschaft auf lokaler Ebene beeinflusst. Die
Ergebnisse zeigten eine bedeutende Rolle von über- und
unterirdischen Umweltgradienten in der Bildung der
Muster der Artenvielfalt- und der
Gemeinschaftszusammensetzung des ganzen Waldes und auch
der einzelnen Lebensformen (terrestrische Kräuter,
Epiphyten, Sträucher, Lianen und Bäume). Verschiedene
Lebensformen wurden mit verschiedenen Kombinationen
dieser Faktoren in Zusammenhang gebracht. Durch
Letztere konnte ein bedeutender Teil der Variation in
den Daten nicht erklärt werden. Zusammenfassend lässt
sich sagen, das räumliche Faktoren und
Umweltbedingungen (einzeln oder gemeinsam) betrachtet
werden müssen, um Muster in der Artenvielfalt und
Gemeinschaftszusammensetzung in den tropischen
saisonalen Wälder von Bolivien zu erklären. Die
Bedeutung dieser einzelnen Faktoren hängt jedoch von
der geographischen Skala ab, auf der die Studie gemacht
wird und von den ökologischen Merkmalen der
untersuchten Gruppen. Durch keinen der beiden Faktoren
kann die gesamte Variation in den Daten erklärt werden.
Neuartige Methoden, die evolutionäre Informationen über
die einzelnen Taxa beinhalten, müssen entwickelt
werden.
Schlagwörter: Anden; Gemeinschaftszusammensetzung; neotropischer Trockenwald; Samenverbreitung; Vegetationsaufnahme