Growth and reproduction of dwarf shrubs, Vaccinium myrtillus and V. vitis-idaea, in a severely polluted area

Populations of both Vaccinium myrtillus and V. vitis-idaea in heavily polluted areas around the large nickel–copper smelter at Monchegorsk (NW Russia) persist in small patches scattered over the bare soils. Two non-specific stress indices, leaf fluctuating asymmetry and chlorophyll fluorescence, in plants growing in the most polluted sites were at the same level as in plants growing in unpolluted habitats. Mean mass of a vegetative shoot and current year production of vegetative mass were also similar in polluted and unpolluted sites. Branching in polluted habitats was higher in both species. Annual production of new ramets in V. myrtillus, but not in V. vitis-idaea, was lower in polluted habitats. In both species, proportion of sexually reproducing patches was higher and these patches had more generative shoots and higher fruit yield under pollution impact; the reproductive effort increased with pollution in V. myrtillus but not in V. vitis-idaea. Somatic cost of reproduction in both species was higher in polluted sites, presumably due to both more intensive sexual reproduction and resource limitation in low-nutritive contaminated soil. In both species fruit yield was slightly lower under tree canopies than in gaps. However, in industrial barrens fruit yield was higher than in forests (both in gaps and under the canopies), indicating that enhancement of sexual reproduction in polluted sites cannot be explained by higher light availability alone. Increased allocation to sexual reproduction in heavily polluted habitats, where seedling establishment is hampered by soil toxicity, may indicate the plant strategy to disperse from unfavourable environments.

Zusammenfassung

Sowohl Populationen von Vaccinium myrtillus als auch V. vitis-idaea bleiben in den stark verschmutzten Gebieten rund um die große Nickel-Kupfer-Metallhütte von Monchegorsk (NW Russland) in kleinen Flecken verstreut über den kahlen Boden erhalten. Zwei unspezifische Stressindikatoren, die Blattfluktationsasymmetrie und die Chlorophyllfluoreszenz, waren bei Pflanzen, die in den am stärksten verschmutzten Gebieten wuchsen, auf dem gleichen Niveau wie bei Pflanzen, die in unverschmutzten Gebieten wuchsen. Die mittlere Masse der Vegetationstriebe und die diesjährige Produktion vegetativer Masse waren ebenfalls ähnlich in verschmutzten und unverschmutzten Gebieten. Die Verzweigung war bei beiden Arten stärker in den verschmutzten Gebieten. Die jährliche Produktion von neuen Rameten war bei V. myrtillus im Gegensatz zu V. vitis-idaea geringer in den verschmutzten Gebieten. Bei beiden Arten war der Anteil der sich sexuell reproduzierenden Flecken größer und diese Flecken hatten mehr generative Triebe und höhere Fruchtausbeute unter dem Einfluss von Verschmutzung. Der reproduktive Aufwand nahm bei V. myrtillus im Gegensatz zu V. vitis-idaea zu. Die somatischen Kosten der Reproduktion waren bei beiden Arten in den verschmutzten Gebieten höher, vermutlich sowohl aufgrund der intensiveren sexuellen Reproduktion, als auch aufgrund der Ressourcenlimitierung in den nährstoffarmen, kontaminierten Böden. Bei beiden Arten war die Fruchtausbeute geringfügig kleiner unter Baumkronen als in Lücken. In den industriellen Ödländern war jedoch die Fruchtausbeute größer als in den Wäldern (sowohl in den Lücken als auch unter Baumkronen) und wies darauf hin, dass die Erhöhung der sexuellen Reproduktion in den verschmutzten Gebieten nicht allein durch die höhere Verfügbarkeit von Licht erklärt werden kann. Die erhöhte Allokation zu sexueller Reproduktion in den stark verschmutzen Habitaten, wo die Keimlingetablierung aufgrund der Toxizität der Böden erschwert ist, könnte darauf hinweisen, dass die Strategie der Pflanze ist, sich von ungünstigen Umwelten weg auszubreiten.     

The fast–slow continuum and mammalian life-history patterns: an empirical evaluation

The fast–slow continuum hypothesis has been proposed to explain the diversity of life-history patterns exhibited by biological populations, but the quantification and population-dynamic consequences of the continuum has remained unclear. I used the ratio of fertility rate to age at first reproduction (F/α ratio) to quantify the tempo of life-history of 138 populations of mammals, and investigated the life-history and population-dynamic consequences of being “fast” or “slow”. “Fast” mammals (F/α>0.60) were characterized by early maturity, short lifespans, low survival rates, and high fertility and projected population growth rate (λ) compared to “slow” (F/α<0.15) mammals. In “fast” populations, λ was overwhelmingly most sensitive to changes in reproductive parameters (age at first reproduction and fertility rates) and relatively insensitive to changes in survival rates. In “slow” populations, λ was very sensitive to changes in juvenile or adult survival rates, and relatively insensitive to changes in reproductive parameters. The pattern of relationships between the F/α ratio and life-history variables, λ, and elasticity of λ to changes in life-history variables persisted even after the effects of body size and phylogeny were statistically removed. These results suggest that fast–slow continuum in mammalian life-history is independent of body size or phylogeny, that the F/α ratio adequately quantifies the position of a population along a fast–slow continuum, and that the tempo of life- histories has substantial population-dynamic consequences.

Zusammenfassung

Die r-K-Kontinuum-Hypothese wurde aufgestellt, um die Diversität von ,,life-history“-Mustern biologischer Populationen zu erklären, aber die Quantifizierung und die Kosnsequenzen für die Populationsdynamik des Kontinuums blieben unklar. Ich benutze das verhältnis der Fortpflanzungsrate zum Fortpflanzungsalter (F/α-Verhältnis) um die Geschwindigkeit der ,,life-history“ von 138 Populationen von Säugetieren zu quantifizieren und untersuchte die Konsequenzen fur die Lebensweise sowie die Populationsdynamik des,,schnell“oder,,langsam “-Seins. ,,Schnelle“Säugetiere (F/α>0.60) waren durch eine frühe Reife, kurze Lebenszeiten, geringe Überlebensraten sowie durch eine große Fertilität und hochgerechnete Populationswachstumsrate (λ) im Vergleich zu ,,langsamen“(F/α<0.15) Säugetieren charakterisiert. In ,,schnellen“ Population reagierte (λ) überwältigend sensibel auf Änderungen in den Fortpflanzungsparametern (Fortpflanzunsalter und Fertilitätsrate) und relativ gering auf Veräanderungen in der Überlebensrate. In ,,langsamen“ Populationen reagierte (λ) sehr sensibel auf Veräanderungen in den reproduktiven Parametern. Das Muster der Beziehung zwischen dem (F/α-Verhältnis) und den Variablen der ,,life-history“,λ, und die Elastizität von λ gegenüber Veränderungen in den variablen der Lebensweise bliev sogar bestehen, nachdem die Effekte von Körpergröße und Phylogenese statistisch eliminiert wurden. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass das r-K-Kontinuum in der ,,life-history“der Säugetiere unabhängig von der Körpergröße und Phylogenie ist, dass das F/α-Verhältnis die Position einer Population im r-K-Kontinuum quantifiziert und dass die Geschwindigkeit der,,life-history“beachtliche konsequenzen fur die Populationsdynamik hat.     

Explaining the global biodiversity gradient: energy, area, history and natural selection

Hubbell's neutral theory of biodiversity is used to investigate the decline in species richness from the tropics to the poles. On this basis, biodiversity should correlate with productivity or climate (there is strong statistical evidence for this), with the latitudinal width of the continents (insufficiently investigated as yet), and with the speciation rate (which may not vary in such a way as to produce a planetary gradient). According to the neutral, model biodiversity will vary with the area of the “metacommunity”: it is suggested that at higher latitudes species disperse most readily east–west, within their climatic belt, but that the relatively uniform temperature across the intertropical belt allows isotropic dispersal there. Metacommunities within the tropics may therefore be an order of magnitude larger than those at other latitudes. This could explain the extra bulge in the gradient in the tropics. It is further possible that long-term and cyclical climate change generates a tropic-pole gradient. Niche assembly models will also explain tropical biodiversity, but the enhanced division of habitat may be the result, not the cause, of the species richness. The neutrality–competition debate in ecology closely parallels the neutrality–natural selection debate in evolution and may be equally hard to resolve.

Zusammenfassung

Hubbells neutrale Theorie der Biodiversität wird genutzt um den Rückgang des Artenreichtums von den Tropen zu den Polen zu untersuchen. Auf dieser Basis sollte die Biodiversität mit der Produktivität oder dem Klima (es gibt überzeugende statistische Beweise dafür) korrelieren, mit der Ausdehnung der Kontinente in geografischer Breite (bisher unzureichend untersucht) und mit der Artbildungsrate (welche möglicherweise nicht in der Weise variiert, als dass sie einen planetarischen Gradienten erzeugen kann).Dem neutralen Model entsprechend wird die Biodiversität mit dem Areal der “Metagemeinschaft” variieren. Es wird behauptet, dass sich Arten in höheren Breiten am leichtesten innerhalb ihres klimatischen Gürtels in Ost–West-Richtung ausbreiten, dass aber die relativ gleichmäßige Temperatur des innertropischen Gürtels dort eine isotrope Ausbreitung erlaubt.Metagemeinschaften in den Tropen können daher um eine Größenordnung größer sein als in anderen Breiten. Dies könnte die zusätzliche Ausdehnung des Gradienten in den Tropen erklären. Es ist darüber hinaus möglich, dass langfristige und zyklische Klimaveränderungen einen Gradienten von den Tropen zu den Polen generieren. Modelle der Nischenanordnung erklären ebenfalls tropische Biodiversität. Die verstärkte Habitataufteilung könnte jedoch das Ergebnis und nicht der Grund des Artenreichtums sein. Die Neutralitäts–Konkurrenz-Debatte in der Ökologie ähnelt sehr der Neutralitäts–Selektions-Debatte in der Evolution und mag ähnlich schwer zu lösen sein.     

Daily torpor in free-ranging common dormice (Muscardinus avellanarius) in Lithuania

Torpid common dormice (Muscardinus avellanarius) were found in nestboxes during all the activity period from early April until late October. Prevalence of torpor among dormice was highest in spring, decreased considerably in summer and increased again in October. The proportion of adult dormice that were torpid was inversely related to mean monthly air temperature, except in September, when dormice prepare for hibernation by accumulating fat reserves. In spring and summer, torpid dormice were found when ambient temperature was up to 14–15 °C and in the arousal phase of torpor – up to 19–20 °C. In autumn, dormice were active at much lower ambient temperatures compared to spring and summer, and only dormice that were fat enough and ready for hibernation were torpid. Torpor bouts usually lasted only until noon, but also in the afternoon during persistently low ambient temperatures in April and October. In April–July, torpor was more frequent among adult males than females (75% vs. 46%), and pregnant females were never found in deep torpor. Prevalence of torpor among young-of-the-year was lower compared to adult dormice at the same time. In October, the average weight of torpid young-of-the-year dormice was significantly higher compared to the weight of active dormice (22.3 vs. 17.5 g).

Zusammenfassung

Tagestorpor bei frei lebenden Haselmäusen (Muscardinus avellanarius) in LitauenHaselmäuse (Muscardinus avellanarius) im Torpor wurden während der gesamten aktiven Saison zwischen zeitigem April und Ende Oktober in Nistkästen gefunden. Im Frühjahr war die Torporfrequenz am höchsten, während des Sommers ging sie beträchtlich zurück, und im Oktober stieg sie wieder deutlich. Der Anteil an Haselmäusen im Torpor war umgekehrt abhängig von der mittleren Monatslufttemperatur, mit Ausnahme des Septembers, wo sich die Haselmäuse Fettreserven in Vorbereitung des Winterschlafes anlegen. Während des Frühlings und des Sommers konnten Haselmäuse im Torpor gefunden werden, wenn die Umgebungstemperatur bis 14–15 °C war, und in der Aufwachphase bei Temperaturen bis 19–20 °C. Im Herbst waren die Haselmäuse bei viel tieferen Temperaturen als im Sommer oder Frühjahr aktiv und nur die Haselmäuse die fett genug waren, um in den Winterschlaf gehen zu können, waren lethargisch. Die Torporphasen dauerten in der Regel nur bis zum Mittag, aber im April und Oktober während lang anhaltenden tiefen Umgebungstemperaturen auch bis in den Nachmittag hinein. Zwischen April und Juli konnten mehr adulte Männchen als Weibchen im Torpor nachgewiesen werden (75% vs 46%). Tragende Weibchen waren niemals im tiefen Torpor zu finden. Die Torporfrequenz war bei Haselmäusen in ihrem ersten Lebensjahr geringer als bei adulten im selben Zeitraum. Im Oktober war bei den lethargischen Jungtieren des Jahres das Durchschnittsgewicht höher als bei den aktiven Haselmäusen (22.3 vs. 17.5 g).     

Late-Pleistocene and early Holocene history of the canid fauna of Europe (Canidae)

In the sub-fossil assemblages of Europe the red fox is clearly the most frequent carnivorous mammalian species with a total of 1553 records. In depositions from the Weichselian Glacial the red fox Vulpes vulpes is, a typical representative of the Holocene fauna, already recorded in 100 assemblages. The Iberian peninsula, Italian peninsula and Balkans were theorised as glacial refugia. Well-founded facts give reason to believe that V. vulpes was also distributed in the Carpathian refuge. Later on, the Crimean peninsula would also appear to be a possible glacial refuge of the red fox.In the last warmer complex of interstadials during the Pleni-Glacial (Hengelo-Denekamp, 38,000–25,000 BC) the red fox was distributed in central Europe. Its distribution during this epoch extended at least in part to southern England. The earliest well-dated records of V. vulpes in central Europe after the Maximum Glaciation lie between 14,000 and 13,500 BC. Already during the early Late-Glacial (13,500 BC) the red fox appeared in typical glacial faunal communities. A separation to glacial refugia was only possible for 10,000 years.During the last warmer Pleni-Glacial complex of interstadials (38,000–25,000 BC) in central Europe a sympatric distribution of the arctic fox (Alopex lagopus) and the red fox probably existed. During the Last Glacial Maximum (22,000–18,000 BC) the arctic fox was exclusively distributed in central Europe, outside of the refuges. The combined distribution of A. lagopus and V. vulpes during the Late-Glacial (15,000–9500 BC) in central Europe, with the probable exception of the Allerød, is precisely documented by sub-fossil assemblages.In the Pleni-Glacial the wolf Canis lupus was distributed in geographic regions that served as glacial refugia of more warm-climate adapted species. Concerning the wolf no drastic decrease of the distribution is assumed. The Holocene presence of C. lupus is probably not caused by recolonisation.

Zusammenfassung

Die Entwicklung der Canidenfauna Europas im Spätpleistozän und frühen HolozänIn den subfossilen Ablagerungen ist Vulpes vulpes in Europa mit 1553 Nachweisen das mit Abstand am häufigsten nachgewiesene Raubsäugetier. Allein in den Ablagerungen des Weichselglazials konnte der Rotfuchs bereits in 100 Fundkomplexen nachgewiesen werden. Als Glazialrefugium des Rotfuchses wird die Iberische Halbinsel sicher identifiziert. Eine Verbreitung der Art während des Kältemaximums wird außerdem auf der Apenninen-Halbinsel sowie der Balkan- Halbinsel vermutet. Außerdem liegen fundierte Fakten für die Annahme vor, dass V. vulpes im Karpatenrefugium verbreitet war. Auf der Halbinsel Krim scheint ein Glazialrefugium für des Fuchses möglich.Während des letzten wärmeren Interstadial-Komplexes im Hochglazial (Hengelo-Denekamp, ca. 38.000–25.000 v. Chr.) war Mitteleuropa vom Rotfuchs besiedelt. Die nördliche Arealgrenze der Art war innerhalb dieses Klimaabschnitts mindestens zeitweise bis nach Südengland ausgedehnt. Die frühesten, zeitlich relativ gut abgesicherten Nachweise von V. vulpes nach der Weichsel-Maximalvereisung in Mitteleuropa liegen etwa zwischen 14.000–13.500 v. Chr. Schon im frühen Spätglazial (ca. 13.500 v. Chr.) kam der Rotfuchs im nördlichen Mitteleuropa in typischen glazialen Faunengemeinschaften vor. Eine Disjunktion des Areals während der letzten Vereisung kann für höchstens 10.000 Jahre stattgefunden haben. Es wird angenommen, dass während des Hengelo-Deenekamp Interstadials ein sympatrisches Vorkommen von Eisfuchs Alopex lagopus und Rotfuchs V. vulpes in Mitteleuropa existierte. Nur zur Zeit des absoluten Kältemaximums (ca. 22.000–18.000 v. Chr.) war außerhalb der Refugialgebiete in Mitteleuropa ausschließlich A. lagopus verbreitet. Das gemeinsame Vorkommen (von A. lagopus und V. vulpes) während des gesamten Spätglazials in Mitteleuropa, wahrscheinlich mit Ausnahme des Allerød-Interstadials, ist präzise belegt.Während des Hochglazials war Canis lupus auch in geografischen Regionen verbreitet, die für an wärmeres Klima gebundene Tierarten den Charakter von Glazialrefugien hatten. Beim Wolf C. lupus kann keine extreme Arealverringerung während der Weichseleiszeit angenommen werden. Das holozäne Vorkommen von C. lupus in Mitteleuropa dürfte daher nicht generell auf eine Rekolonisation zurückzuführen sein.     

Species turnover at small scales in dune slack plant communities

Patterns of both species accumulation with increasing area and of individual species occurrences depend on the scale level considered. This study investigated community diversity and individual species turnover patterns between four scale levels within 2×2 m² nested plots situated in a dune slack plant community. The number of species increased with plot area following a log–log function, with a slope of 0.23. However, species turnover was higher between the lowest scale levels, indicating limitations on species occurrences at the 25×25 cm² scale level. Alpha diversity in rectangular plots was significantly higher than in square plots of the same area. There were strong differences between individual species turnover patterns. Most species occurrence patterns had a box-counting fractal dimension value between 0.8 and 1.6, which is rather low compared with other studies on larger scale levels. Analyses of occurrence probabilities and scale area plots showed that there is a systematic deviation from self-similarity at the smallest scale level. Species had a lower frequency than expected from a fractal distribution, suggesting a higher level of species aggregation. The higher species diversity turnover at the smallest scale level can be linked to a higher spatial aggregation of individual species, due to biotic or abiotic limitations on their occurrence. These results confirm the general nature of the pattern of break-down of self-similarity at the smallest scale level considered.

Zusammenfassung

Sowohl das Muster des Artenanstiegs mit zunehmender Fläche als auch das Muster des Auftretens einzelner Arten hängen vom betrachteten Skalenlevel ab. Diese Studie untersuchte die Diversität der Lebensgemeinschaft und die Muster der Fluktuationen einzelner Arten auf vier Skalenlevels innerhalb von 2×2 m² ineinander geschachtelten Versuchsflächen in einer Pflanzengemeinschaft der Dünentäler. Die Zahl der Arten nahm mit der Versuchsfläche entsprechend einer log–log Funktion mit einer Steigung von 0.23 zu. Die Artenfluktuation zwischen den niedrigsten Skalenlevels war jedoch größer und weist darauf hin, dass es Limitierungen für das Auftreten der Arten auf dem 25×25 cm² Skalenlevel gibt. Die Alpha-Diversität war in rechteckigen Versuchsflächen signifikant größer als in quadratischen Versuchsflächen der gleichen Größe. Es gab größe Unterschiede in den Mustern der Fluktuation einzelner Arten. Die meisten Muster des Auftretens der Arten hatten fraktale Box-Counting-Dimensions-Werte zwischen 0.8 und 1.6, was relativ gering im Vergleich zu Studien auf größeren Skalenlevels ist. Die Analysen der Auftretenswahrscheinlichkeit und der Probefläche der Skalenlevels zeigten, dass es eine systematische Abweichung von der Selbstähnlichkeit auf dem kleinsten Skalenlevel gibt. Die Arten hatten eine geringere Häufigkeit als die aufgrund einer fraktalen Verteilung erwartete, was einen höheren Level der Artaggregation vermuten lässt. Die größere Fluktuation der Artendiversität auf dem kleinsten Skalenlevel kann mit einer größeren räumlichen Aggregation einzelner Arten aufgrund von biotischen und abiotischen Beschränkungen ihres Vorkommens in Verbindung gebracht werden. Diese Ergebnisse bestätigen die generelle Natur des Musters des Zusammenbruchs der Selbstähnlichkeit auf den kleinsten betrachteten Skalenlevels.     

How is fruit production regulated in the dioecious fleshy-fruited shrub Rhamnus alpinus?

The ‘resource tracking hypothesis’ proposes that a serial regulation of maternal investment might occur at different sequential stages, each establishing a limit for the subsequent ones. Pollinator attraction, resource limitation, selective fruit abortion and climatic conditions can determine the maternal adjustments at each stage. Using a combination of observational and experimental approaches, we studied the maternal regulation of fruit production and seed set in the fleshy-fruited shrub Rhamnus alpinus. Fleshy fruits are especially costly, and the regulation of their production especially interesting. We found that the production of fruits is regulated at two sequential stages, as predicted by the resource-tracking hypothesis. The first stage is related to the number of flowers initiated per branch, which is positively related to the previous year growth of the branch considered, i.e., to the strength of the branch as a sink. Besides, significant variation between females and populations suggests additional micro-environmental or genetic effects. The second stage has to do with the number of flowers that develop into fruits, 72% in 1998 and only 54% in 1999. This stage showed a more complex regulation pattern, though the final number of fruits produced per branch was also related to the strength of the branch. The ability of the species to translocate resources from other branches could compensate for local resource scarcity, as we showed by experimental defoliation and girdling. Although pollen was required for fruit development, pollen supplementation did not increase the proportion of flowers that developed into fruits. We provide evidence that both micro-environmental and genetic effects, as well as climatic conditions may control fruit set, and suggest that the quality of the pollen in the stigma could also determine which flowers are developed into fruits. Overall, our results confirm the resource tracking hypothesis, and indicate that further mechanisms modulate final fruit production.

Zusammenfassung

Nach der „resource tracking”-Hypothese kann die serielle Regulation der mütterlichen Investition in verschiedenen sequenziellen Stadien stattfinden, wobei jedes ein Limit für die folgenden festlegt. Attraktivität für Bestäuber, Ressourcenlimitierung, selektiver Fruchtabwurf und klimatische Bedingungen können die mütterlichen Anpassungen in jedem Stadium bestimmen. Unter Verwendung einer Kombination von Beobachtungen und experimentellen Ansätzen untersuchten wir die mütterliche Regulation der Fruchtproduktion und den Samenansatz bei dem Beerenstrauch Rhamnus alpinus. Beeren sind besonders kostenintensiv und die Regulation ihrer Produktion daher besonders interessant. Wir fanden heraus, dass die Produktion der Früchte in zwei sequentiellen Schritten entsprechend der „resource tracking”-Hypothese reguliert wird. Das erste Stadium steht in Beziehung zur Anzahl der Blüten, die pro Ast angelegt werden. Diese hängt positiv mit dem Vorjahreswachstum des jeweiligen Astes zusammen, d. h. mit der Stärke des Astes als Senke. Die signifikante Variation zwischen weiblichen Sträuchern und Populationen lässt darüber hinaus zusätzliche Mikroumwelt- und genetische Effekte vermuten. Das zweite Stadium hat mit der Anzahl der Blüten zu tun, die sich zu Früchten entwickeln, 72% 1998 und nur 54% 1999. Dieses Stadium zeigte ein komplizierteres Regulationsmuster, obwohl die endgültige Anzahl von produzierten Früchten pro Ast ebenfalls mit der Stärke des Astes zusammenhing. Die Fähigkeit der Art Ressourcen aus anderen Ästen zu verteilen konnte lokale Ressourcenmängel kompensieren. Dies konnten wir durch experimentelle Defoliation und Entrinden zeigen. Obwohl Pollen für die Fruchtentwicklung notwendig war, erhöhte eine Ergänzung von Pollen den Anteil der Blüten nicht, die sich zu Früchten entwickelten. Wir sorgen damit für Beweise, dass sowohl Mikroumwelt- als auch genetische Effekte sowie klimatische Bedingungen den Fruchtansatz kontrollieren und schlagen vor, dass die Qualität der Pollen auf der Narbe ebenfalls bestimmen könnte, welche Blüten sich zu Früchten entwickeln. Insgesamt bestätigen unsere Ergebnisse die „resource tracking”-Hypothese und zeigen, dass weitere Mechanismen die entgültige Fruchtproduktion modulieren.     

Experimental inbreeding reduces seed production and germination independent of fragmentation of populations of Swertia perennis

We studied effects of inbreeding on the early fitness measures seed production and germination in Swertia perennis L. (Gentianaceae), a locally abundant specialist of fen grasslands, which have been greatly fragmented in Switzerland. We further tested whether such effects differed between populations of different size and isolation. We studied effects of free pollination, hand-outcrossing and hand-selfing on 160 plants in 16 populations in large, in small barely isolated, and in small isolated habitat islands. We found a distinct gradient in experimental outcomes from free pollination to hand-outcrossing to hand-selfing. Compared with free pollination, selfing reduced the number of seeds per capsule by 22% (P < 0.01), the seed/ovule ratio by 26% (P < 0.001), seed mass by 25% (P < 0.001) and germination percentage by 23% (P < 0.05). The outcome of hand-outcrossing was intermediate for all traits. The reduction in early fitness components after selfing is most likely due to inbreeding depression. Higher seed production and germination after free pollination than after hand-outcrossing may be due to a larger number of pollen donors involved in free pollination or due to higher quality of free pollen because of lower relatedness of parent plants. Moreover, the fact that seed production was highest after free pollination indicates that S. perennis is not pollen limited. Pollination treatment effects did not differ between different island types. Hence, there are no indications that early inbreeding depression was purged from more strongly fragmented populations.Wir untersuchten die Auswirkungen von Inzucht auf die frühen Fitnessmerkmale Samenproduktion und Keimung bei der lokal häufigen Swertia perennis L. (Gentianaceae), einer Pflanze der in der Schweiz stark fragmentierten Flachmoore. Um zu untersuchen, ob sich solche Auswirkungen in verschieden großen und unterschiedlich isolierten Populationen unterscheiden, verglichen wir die Auswirkungen von freier Bestäubung, Handfremdbestäubung und Handselbstbestäubung für 160 Pflanzen in 16 Populationen in großen, in kleinen wenig isolierten und in kleinen isolierten Habitatinseln. Wir fanden einen ausgeprägten Gradienten von freier Bestäubung über Fremdbestäubung von Hand zu Handselbstbestäubung: Im Vergleich zu freier Bestäubung war nach Selbstbestäubung die Anzahl Samen pro Kapsel um 22% (P < 0.01), der Samenansatz um 26% (P < 0.001), die Samenmasse um 25% (P < 0.001) und der Keimungserfolg um 23% (P < 0.05) herabgesetzt. Die Resultate der Handfremdbestäubung waren für alle Maße intermediär. Die Herabsetzung von Merkmalen früher Fitness von S. perennis nach Selbstbestäubung ist höchstwahrscheinlich eine Folge von Inzuchtdepression. Der im Vergleich zu Handfremdbestäubung nach freier Bestäubung höhere Fortpflanzungserfolg und die höhere Keimung könnten durch eine größere Anzahl zu freier Bestäubung beitragende Pollenspender oder durch geringere Verwandtschaft der in freier Bestäubung beteiligten Elternpflanzen bedingt sein. Dass die Samenproduktion nach freier Bestäubung am höchsten war, deutet auch darauf hin, dass S. perennis nicht pollenlimitiert ist. Die Effekte der Bestäubungsbehandlungen unterschieden sich nicht zwischen Populationen der verschiedenen Habitatinseltypen. Es gibt also keinen Hinweis darauf, dass frühe Inzuchtdepression aus kleinen und stärker isolierten Habitatinseln ausgemerzt wurde.     

Carabid beetle community composition, body size, and fluctuating asymmetry along an urban-rural gradient

Within the goal of defining indicators (species or combinations of life history traits) for habitat quality in an urban environment we investigated effects of urbanization on the community composition and morphological characteristics of carabid beetles. Between May and July 2000 nine woodlots were sampled along three axes representing urban - rural gradients from the centre of the city of Hamburg to its rural borders. Species richness decreased towards the city centre and with increasing isolation of the sites but was uncorrelated with the size of the site. Species assemblages were highly nested making successive loss of species predictable. Responsivness towards urbanization could not be linked to specific life history traits. Body length of one species (Carabus nemoralis) declined towards the city centre. Four species were found at all sites. These four species showed differences in fluctuating asymmetry (FA) at the different sites that could not be interpreted as an indication of responses to habitat suitability. FA of the remaining species (species negatively affected by urbanization) increased towards the city centre and with increasing isolation of a site. This matched the prediction that FA indicates habitat quality. Thus, urban effects lead to changes of communities through a predictable loss of species, to a reduction in body size in one species, and to increased FA in species which are susceptible to urbanization. The results indicate that the different sites were islands in an urban matrix rather than parts of a green network which would allow free exchange of plants and animals within the city of Hamburg.Wir untersuchten den Einfluss von Verstädterung auf Laufkäfergemeinschaften in Hamburg, Deutschland. Zwischen Mai und Juli 2000 wurden neun Fangorte entlang städtischer Gradienten beprobt. die von relativ ländlichen Gebieten an den Stadtgrenzen, bis hin zu Flächen im Stadtzentrum reichten. Die Artenzahl korrelierte negativ mit dem Grad der Isolierung und der Entfernung des Gebietes von der Peripherie, aber nicht mit der Größe eines Gebietes. Die gefundenen Artengemeinschaften wiesen strenge Schachtelung auf. Der Verlust bestimmter Arten war daher vorhersagbar, konnte aber nicht auf bestimmte Charakteristika (“life history traits”) der Arten zurückgeführt werden. Die Körperlänge von Carabus nemoralis nahm entlang des Gradienten ab. Nur vier Arten kamen im gesamten Stadtgebiet vor. Fluktuierende Asymmetrien (FA) dieser Arten konnten nicht sinnvoll mit Habitatqualitäten oder Verstädterung in Beziehung gesetzt werden. Die anderen Arten, die nach den Ergebnissen der Analysen zu geschachtelten Strukturen durch “Verstädterung” negativ beeinflusst waren (d.h. nicht an allen Orten und vor allem nicht im Stadtzentrum gefunden worden waren) zeigten zunehmende FA zum Stadtzentrum. Verstädterung führte demnach zu vorhersagbaren Verlust an Arten, zu Reduktion der Körperlänge einer Art und zu erhöhten Asymmetrien bei Arten, die durch Verstädterung negativ beeinflusst wurden. Nach diesen Befunden kann das Ziel der offiziellen Politik, in Hamburg negative Effekte der Stadtentwicklung auf die Biodiversität durch einen Verbund von Grünflächen und geschützten Gebieten zu reduzieren, mit den heute noch verfügbaren Flächen nicht erreicht werden.     

Do plants of a semi-natural grassland community benefit from long-term CO2 enrichment?

Increasing atmospheric CO₂ concentration ([CO₂]) may alter plant community structure. The long-term responses of a semi-natural grassland community to elevated [CO₂] and different cutting regimes were investigated. During four years the grassland was exposed in situ to a mean [CO₂] of 660 ppm using Free-Air CO₂ Enrichment (FACE) and harvested once or twice per season. Under elevated [CO₂], annual community biomass production was stimulated significantly only in the fourth year of investigation. Functional plant groups responded differentially to CO₂ enrichment causing a clear shift in botanical composition from 1999 to 2002 towards a higher proportion of legumes under elevated [CO₂] and two harvests per year, respectively. Photosynthetic capacity was not affected by higher [CO₂] in the legume Lotus corniculatus but downregulated in the monocot Bromus erectus. Under elevated [CO₂] the nitrogen content was lower in all functional plant groups, though C/N ratio was enhanced significantly only in grasses and non-leguminous dicots. In this nutrient-poor grassland community, legumes exhibit a higher competitiveness under elevated [CO₂] due to their ability of symbiotic N₂-fixation.Steigende atmosphärische CO₂ Konzentrationen ([CO₂]) können das Artengefüge von Pflanzengemeinschaften verändern. In der vorliegenden Studie wurden die langfristigen Reaktionen eines naturnahen Kalkmagerrasens auf eine [CO₂] Erhöhung und verschiedene Schnittfrequenzen untersucht. Mittels eines FACE (F ree A ir CO₂E nrichment) Systems wurde das untersuchte Graslandökosystem 4 Jahre lang in-situ einer mittleren [CO₂] von 660 ppm ausgesetzt und ein- bzw. zweimal pro Jahr gemäht. Eine signifikante Steigerung der jährlichen Biomasseproduktion durch erhöhtes CO₂ wurde erst im vierten Untersuchungsjahr beobachtet. Die funktionellen Pflanzengruppen reagierten unterschiedlich auf die [CO₂] Erhöhung, wodurch sich von 1999 bis 2002 sowohl unter erhöhtem CO₂ als auch bei 2 Ernten pro Jahr die Zusammensetzung der Pflanzengemeinschaft zu einem höheren Anteil von Leguminosen verschob. Die Photosynthesekapazität der Leguminose Lotus corniculatus wurde durch erhöhtes CO₂ nicht beeinflusst, während sie bei der Monokotyle Bromus erectus herabgesetzt wurde. Die [CO₂] Erhöhung führte in allen funktionellen Pflanzengruppen zu einem geringeren Stickstoffgehalt, jedoch war das C/N Verhältnis nur bei Gräsern und nicht-leguminosen Dikotylen signifikant erhöht. Die Fähigkeit zur symbiontischen Stickstofffixierung stärkt die Konkurrenzkraft der Leguminosen in der untersuchten nährstoffarmen Pflanzengemeinschaft.     

Grain-dependent relationships between plant productivity and invertebrate species richness and biomass in calcareous grasslands

The relationships among productivity, species richness and consumer biomass are of fundamental importance for understanding determinants of biodiversity. These relationships may depend on grain size. We examined the relationships between productivity (above-ground phytomass) and plant species richness and between productivity and species richness and biomass of gastropods and grasshoppers using sampling units of different sizes (0.5, 2.75 and 23 m²) in nutrient-poor, calcareous grasslands in north-western Switzerland in two successive years. Species richness of forbs had a unimodal relationship with productivity in sampling units of 0.5 m² and was negatively correlated with productivity at the other two plot sizes in one year. In the other year, forb species richness tended to decrease with productivity in sampling units of 23 m². No similar relationship was found for grasses. Gastropod biomass had a unimodal relationship with productivity at 0.5 m² in the first year. Grasshopper species richness was correlated with forb species richness at plot sizes of 2.75 and 23 m². This study demonstrates that patterns detected between productivity and diversity and between productivity and biomass of consumers depend on the grain size used in the investigation and vary among years.Die Zusammenhänge zwischen Produktivität, Artenreichtum und Biomasse von Konsumenten sind wichtig, um zu verstehen, was Biodiversität beeinflußt. Diese Zusammenhänge können von der Größe der Untersuchungsfläche abhängig sein. Wir untersuchten während zwei aufeinanderfolgenden Jahren die Zusammenhänge zwischen Produktivität (oberirdische Pflanzenbiomasse) und Artenreichtum von Gefäßpflanzen, sowie zwischen Produktivität und Artenreichtum und Biomasse von Schnecken und Heuschrecken bezüglich dreier räumlicher Skalen (0,5, 2,75 und 23 m²) in Kalkmagerrasen in der Nordwestschweiz. Der Zusammenhang zwischen dem Artenreichtum von Kräutern und der Produktivität war unimodal in Flächeneinheiten von 0,5 m² und negativ in Flächeneinheiten von 2,75 und 23 m² im ersten Jahr und war tendenziell negativ in Flächeneinheiten von 23 m² im zweiten Jahr, während kein solcher Zusammenhang bei Gräsern gefunden wurde. Der Zusammenhang zwischen Produktivität und Biomasse von Schnecken war unimodal in Flächeneinheiten von 0,5 m² im ersten Jahr. Außerdem bestand ein Zusammenhang zwischen dem Artenreichtum von Kräutern und Heuschrecken in Flächeneinheiten von 2,75 und 23 m². Diese Arbeit zeigt, daß Zusammenhänge zwischen Produktivität und Diversität sowie zwischen Produktivität und Biomasse von Konsumenten von der Größe der Untersuchungsfläche abhängen und zwischen Jahren variieren.     

Effects of herbivory simulated by clipping and jasmonic acid on Solidago canadensis

Herbivory is likely to be an important factor in the evolutionary ecology of plants and especially of aggressive invasive species. Because in the introduced range experimental treatment with non-native herbivores is laborious and may be risky for native plants, simulated herbivory by removal of plant tissue and treatment with jasmonic acid, which is a natural elicitor of defences against herbivores, may be a suitable alternative in experimental studies. We studied the effects of removal of 50% of the leaf area by clipping and of spraying with jasmonic acid on growth, morphology, leaf physiology and reproduction of the invasive Solidago canadensis in Europe. The relative height growth rate was reduced (–11.9%) by clipping in the period of day 0–20 but increased (+13.5%) in the period of day 42–138 after start of the treatments. As a consequence, final heights did not differ between treatment and control plants. Clipped plants, however, had thinner stems (–12.2%) than unclipped ones. Plants that had been sprayed with jasmonic acid tended to have shorter stem internodes (–14.7%), a lower specific leaf area (–4.6%), and to delay flowering (+4.4 days) than plants that had not been sprayed with jasmonic acid. The biomass of inflorescences was reduced by both clipping (–43.2%) and spraying with jasmonic acid (–32.2%). Because each, clipping and jasmonic acid, alone only induced some but partly different responses observed in previous studies with natural herbivores, the combined application of both covers the full response spectrum better and should therefore be used as the most realistic simulation of herbivory.Fehlende oder geringe Herbivorie ist ein wahrscheinlicher Erklärungsfaktor für den Erfolg invasiver Pflanzenarten. Da das Einführen von Herbivoren aus dem Ursprungsgebiet zu Versuchszwecken oder zur biologischen Kontrolle mit Gefahren verbunden ist, kann der Einfluss von Herbivoren durch mechanische Entfernung von Pflanzenteilen oder durch die Behandlung mit Jasmonsäure nachgeahmt werden. Jasmonsäure ist ein natürlicher Auslöser von Abwehrreaktionen gegen Herbivoren bei Pflanzen. Wir untersuchten den Einfluss des Entfernens von 50% der Blattfläche, des Besprühens mit Jasmonsäure oder einer kombinierten Behandlung auf das Wachstum und die physiologischen Eigenschaften der Blätter der invasiven Art Solidago canadensis in Europa. Blattentfernung reduzierte die relative Höhenwachstumsrate der Sprosse um 11.9% in der Periode von 0–20 Tagen nach der Behandlung aber führte zu einer anschließenden Steigerung um 13.5% in der Periode von 42–138 Tagen, so dass die Endhöhe der Pflanzen durch diese simulierte Herbivorie nicht beeinflusst war. Behandlung mit Jasmonsäure führte zu verkürzten Stengelinternodien (–14.7%), verkleinerter Blattfläche (–4.6%) und verzögerter Blütezeit (+4.4 Tage). Die Infloreszenzbiomasse wurde durch die Blattentfernung um 43.2% und die Jasmonatbehandlung um 32.2% reduziert. Da die beiden Behandlungsfaktoren das Pflanzenwachstum unabhängig voneinander und in unterschiedlicher Weise beeinflussten und die beobachteten Pflanzenreaktionen in der Summe den in der Literatur beschriebenen Reaktionen auf natürliche Herbivorie entsprachen, kann die Kombination von mechanischer und chemischer Behandlung als optimale Simulation von Herbivorie bei S. canadensis und möglicherweise anderen invasiven Arten betrachtet werden.     

Impacts of wet grassland management and winter severity on wader breeding numbers in eastern Denmark

Attempts to reverse the population declines of many wader species in Denmark and other parts of Europe during the last 20–30 years have resulted in the application of several management implements. In this study we evaluate the effect of two management implements (grazing by cattle and winter flooding) on the number of breeding pairs of lapwing, redshank, avocet, ringed plover, and oystercatcher in the Klydesø reserve, eastern Denmark, from 1990 to 2001. We also include a proxy of winter climate, the index of the North Atlantic Oscillation (NAO), in our models in order to quantify the relative importance of the applied management and winter severity. Lapwing and avocet breeding numbers increased significantly concurrent with the application of cattle grazing, most likely due to an increased number of nesting sites and/or improved predator detection. Conversely, oystercatcher breeding numbers declined as the fraction of the reserve grazed by cattle increased, which may be attributed to changes in food availability on the grazed areas, but also due to increased predation risk. Ringed plover and redshanks in particular responded positively to the introduction of winter flooding, possibly due to increased availability of suitable foraging sites. Ringed plover may also experience increased nest site availability after winter flooding. Oystercatcher and ringed plover were both affected by winter severity, but with opposite trends, and oystercatcher breeding numbers increased after mild winters, while ringed plover decreased. Remaining species were not influenced by winter severity. The possible reason for this is discussed by comparing the lapwing breeding numbers in Klydesø reserve to Tipperne reserve in western Denmark. Though winter severity may seem of no importance for some of the species in the Klydesø reserve, it may still be important in areas where the management effort is constant.Die Versuche, die Populationsabnahme vieler Watvogelarten in Dänemark und anderen Teilen Europas in den letzten 20–30 Jahren umzukehren, resultierten in der Anwendung verschiedener Management-Methoden. In dieser Studie bewerten wir die Auswirkung von zwei Management-Methoden (Viehbeweidung und Winterüberflutung) auf die Anzahl der Brutpaare von Kiebitz, Rotschenkel, Säbelschnäbler, Sandregenpfeifer und Austernfischer im Klydesø Schutzgebiet, östliches Dänemark, von 1990 bis 2001. Wir nahmen ausserdem eine Stellvertretervariable für das Winterklima in unsere Modelle auf, den Index der Nordatlantischen Oszillation (NAO), um die relative Wichtigkeit des angewendeten Managements und der Winterhärte zu quantifizieren. Die Brutvogelzahlen von Kiebitz und Säbelschnäbler nahmen signifikant mit dem Einsatz der Viehbeweidung zu, am wahrscheinlichsten aufgrund einer erhöhten Anzahl von Brutplätzen und/oder aufgrund einer verbesserten Räuberwahrnehmung. Die Brutvogelzahl der Austernfischer nahm dazu gegenläufig mit der Zunahme des von Vieh beweideteten Anteils des Schutzgebietes ab, was auf die Veränderung der Nahrungsverfügbarkeit in den beweideten Flächen zurückzuführen sein mag, aber auch auf ein erhöhtes Prädationsrisiko. Besonders die Sandregenpfeifer und Rotschenkel reagierten positiv auf die Einführung der Winterüberflutung, möglicherweise aufgrund der erhöhten Verfügbarkeit von Nahrungshabitaten. Sandregenpfeifer könnten ebenfalls eine erhöhte Brutplatz-Verfügbarkeit nach der Winterüberflutung erfahren.Die Austernfischer und Sandregenpfeifer waren von der Winterhärte beeinflusst, jedoch mit gegenläufigen Trends. Die Brutvogelzahlen der Austernfischer nahmen nach milden Wintern zu, während die der Sandregenpfeifer abnahmen. Die bleibenden Arten wurden nicht von der Winterhärte beeinflusst. Der mögliche Grund dafür wird erörtert, indem wir die Brutvogelzahlen der Kiebitze zwischen dem Klydesø Schutzgebiet und dem Tipperne Schutzgebiet im westlichen Dänemark vergleichen. Obwohl die Winterhärte für einige der Arten im Klydesø Schutzgebiet keine Wichtigkeit zu haben schien, kann sie immer noch in Gebieten wichtig sein, in denen das Management gleichbleibend ist.     

Demography of the striped mouse (Rhabdomys pumilio) in the succulent karoo

The striped mouse (Rhabdomys pumilio) is widely distributed in southern Africa, inhabiting a wide range of habitats. We describe the demography of the striped mouse in the arid succulent karoo of South Africa, and compare our findings with those of published results for the same species from the moist grasslands of South Africa. In both habitats, breeding starts in spring, but the breeding season in the succulent karoo is only half as long as in the grasslands, which can be explained by different patterns and levels of rainfall; the succulent karoo receives mainly winter rain and rainfall is much less (about 160 mm year⁻¹) than in the grasslands (>1000 mm year⁻¹) which experience summer rain. Population density increased from 37 (start of breeding season) to 171 (end of breeding season) mice per hectare. A high yearly survival rate of 27% during our study from summer to the next breeding season resulted in a population density that was 10 times higher in the succulent karoo than in grasslands. The comparatively high population density may result in habitat saturation and thus forced philopatry, promoting group living in the succulent karoo, which contrasts with the solitary life-style exhibited by populations in moist grasslands.

Zusammenfassung

Demographie der Striemengrasmaus (Rhabdomys pumilio) in der SukkulentenkarooDie Striemengrasmaus (Rhabdomys pumilio) ist im südlichen Afrika weit verbreitet und kommt in unterschiedlichen Habitaten vor. In dieser Studie beschreiben wir die Demographie der Striemengrasmaus in der ariden Sukkulentenkaroo Südafrikas, und vergleichen unsere Ergebnisse mit den Ergebnissen früherer Studien, welche dieselbe Art in den feuchten Grasländern Südafrikas untersucht haben. Die Fortpflanzungssaison beginnt in beiden Habitaten im Frühling, aber sie ist in der Sukkulentenkaroo nur halb so lange wie in den Grasländern. Der Grund dafür wird im unterschiedlichen Niederschlagsmuster vermutet: In der Sukkulentenkaroo regnet es wenig im Winter (ca. 160 mm), während es in den Grasländern viel im Sommer regnet (>1000 mm). Die Überlebensrate in der Sukkulentenkaroo war vom Sommer zur nächsten Fortpflanzungssaison im Frühjahr mit 27% außerordentlich hoch, während die Populationsdichte zehnmal so groß war wie in den Grasländern. Am Anfang der Fortpflanzungssaison betrug die Populationsdichte 37 Mäuse ha⁻¹, am Ende der Fortpflanzungssaison 171 Mäuse ha⁻¹. Die außergewöhnlich hohe Populationsdichte führt womöglich zu Habitatsättigung und einem Fehlen freier Territorien, was mit erklären könnte, warum die Striemengrasmaus in der Sukkulentenkaroo gruppenlebend ist, in den Grasländern hingegen solitär.     

Intergenerational above- and belowground responses of spring wheat (Triticum aestivum L.) to elevated CO2

We quantified intergenerational above- and belowground responses of two genotypes of semi-dwarf, hard red, spring wheats (Triticum aestivum L.) to elevated (700 μmol mol⁻¹) CO₂. These plants were progeny of seeds produced from previous generation plants grown at elevated CO₂ under well-watered and high nutrient conditions. Because neither genotype in the first generation exhibited enhanced performance with CO₂ enrichment, our objective in this investigation was to assess if exposure to CO₂ enrichment in subsequent generations resulted in temporal changes in the relative enhancement (elevated/ambient) of above- and belowground plant growth. Relative enhancement occurred in both the second and third generations for both above- and belowground variables. Above- and belowground variables were enhanced by similar relative amounts at elevated CO₂ within a generation at each harvest date. Relative enhancement of measured variables was generally greater in the third than second generation when plants were in the seedling or vegetative stage, but not when plants were reproductive. Additional research is needed to investigate physiological or other limitations of translating above- and belowground responses to CO₂ in vegetative growth stages to reproductive performance. Intergenerational above- and belowground responses of this C₃ annual plant to CO₂ enrichment are not driven by genetic change (selection) that occurred between generations, but rather CO₂-induced changes in seeds that affected seedling responses to CO₂ enrichment. Wir quantifizierten die intergenerationelle ober- und unterirdische Reaktionen von zwei Genotypen mittellangen, hartroten Winterweizen (Triticum aestivum L.) auf erhöhtes CO₂ (700 μmol mol⁻¹). Diese Pflanzen waren Abkömmlinge von Samen, die von Pflanzen der vorherigen Generation produziert wurden, welche ihrerseits bei erhöhtem CO₂ und bei ausreichender Wasserversorgung sowie guten Nährstoffbedingungen kultiviert wurden. Weil keiner der beiden Genotypen in der ersten Generation eine verbesserte Leistung bei CO₂-Anreicherung zeigte, war unser Ziel, in der Untersuchung abzuschätzen, ob die Exposition einer CO₂-Anreicherung in den nachfolgenden Generationen zu temporären Veränderungen in der relativen Förderung (erhöht/umgebend) des ober- und unterirdischen Wachstums führte. Eine relative Steigerung fand in der zweiten und in der dritten Generation sowohl bei den ober- als auch unterirdischen Variablen statt. Bei jedem Erntetermin waren die ober- und unterirdischen Variablen innerhalb einer Generation bei erhöhtem CO₂ mit ähnlichen relativen Anteilen positiv beeinflusst. Die relative Steigerung der gemessenen Variablen war im Allgemeinen bei Pflanzen im Keimlings- oder vegetativen Stadium in der dritten Generation größer als in der zweiten, jedoch nicht bei reproduktiven Pflanzen. Zusätzliche Forschung ist notwendig, um physiologische oder andere Limitierungen zu untersuchen, die ober- und unterirdische Reaktionen von vegetativen Wachstumsstadien auf CO₂ in die reproduktiven Leistung übersetzen. Intergenerationelle, ober- und unterirdische Reaktionen dieser C₃-Pflanze auf CO₂-Anreicherung werden nicht durch genetische Veränderungen (Selektion) im Laufe der Generationen gesteuert, sondern eher durch CO₂-induzierte Veränderungen in den Samen, welche die Reaktion der Keimlinge auf eine CO₂-Anreicherung beeinflussen.     

Leaf traits and photosynthetic parameters of saplings and adult trees of co-existing species in a temperate broad-leaved forest

In Central European forestry the establishment of broad-leaved mixed forests is attaining increasing importance, but little information exists about gas exchange characteristics of some of the tree species involved, which are less abundant today. In an old-growth forest in Central Germany (Hainich, Thuringia), (i) I compared morphological and chemical leaf traits that are indicative of leaf gas exchange characteristics among eight co-existing species, and (ii) analysed photosynthetic parameters of saplings and adult trees (lower and upper canopy level) in four of these species (Acer pseudoplatanus L., Carpinus betulus L., Fraxinus excelsior L. and Tilia platyphyllos Scop.).Leaves from the upper canopy in the eight species studied varied significantly in their specific leaf area (12.9–19.4 m² kg⁻¹), stomatal density (125–313 stomata mm⁻²), leaf nitrogen concentration (95–157 mmol N m⁻²) and δ¹³C content (–27.81 to –25.85‰). F. excelsior and C. betulus were largely contrasting species, which suggests that the species, which were studied in more detail, include the widest difference in leaf gas exchange among the co-existing species. The saplings of the four selected species exhibited shade acclimated leaves with net photosynthesis rates at saturating irradiance (A_max) between 5.0 and 6.4 μmol m⁻² s⁻¹. In adult trees A_max of fully sunlit leaves was more variable and ranged from 10.5 (C. betulus) to 16.3 μmol m⁻² s⁻¹ (F. excelsior). However, less negative δ¹³C values in F. excelsior sun leaves point to a strong limitation in gas exchange. In the lower canopy of adult trees A_max of F. excelsior (12.0 μmol m⁻² s⁻¹) was also greater than that of A. pseudoplatanus, C. betulus and T. platyphyllos (5.0–5.6 μmol m⁻² s⁻¹). This can be explained by the small leaf area and the absence of shade leaves in mature F. excelsior trees. Thus, a considerable variation in leaf traits and gas exchange was found among the co-existing tree species. The results suggest that species-specific characteristics increase the spatial heterogeneity of canopy gas exchange and should be taken into account in the interpretation and prediction of gas flux from mixed stands.In der Forstwirtschaft Mitteleuropas gewinnt die Begründung von Laubmischwäldern zunehmend an Bedeutung, aber über Eigenschaften im Gasaustausch einiger beteiligter Baumarten, die heute nicht so häufig sind, ist wenig bekannt. In einem Altbestand in Mitteldeutschland (Hainich, Thüringen) habe ich (i) morphologische und chemische Eigenschaften von Sonnenblättern, die Hinweise auf Charakteristika im Blattgaswechsel geben, an acht koexistierenden Baumarten untersucht, und (ii) Photosyntheseparameter von juvenilen und adulten Bäumen (unteres und oberes Kronenniveau) von vier dieser Arten (Acer pseudoplatanus L., Carpinus betulus L., Fraxinus excelsior L. and Tilia platyphyllos Scop.) erhoben.Blätter aus dem oberen Kronenraum der acht untersuchten Arten variierten signifikant in der spezifischen Blattfläche (12.9–19.4 m² kg⁻¹), der Stomatadichte (125–313 Stomata mm⁻²), dem Blattstickstoffgehalt (95–157 mmol N m⁻²) und den δ¹³C-Werten (–27.81 bis –25.85‰). In diesem Kollektiv zeigten F. excelsior und C. betulus groβe Unterschiede, was darauf hindeutet, dass die Arten, die genauer untersucht wurden, die Spannweite an Gaswechseleigenschaften unter den koexistierenden Baumarten umfassen. Die Jungpflanzen der vier ausgewählten Arten besaßen Schattenblätter, deren Netto-Photosyntheserate bei hoher Lichtintensität (A_max) zwischen 5.0 and 6.4 μmol m⁻² s⁻¹ variierte. An Sonnenblättern von Altbäumen war A_max variabler und lag zwischen 10.5 (C. betulus) und 16.3 μmol m⁻² s⁻¹ (F. excelsior). Allerdings weisen hohe δ¹³C-Werte in Sonnenblättern von F. excelsior auf eine starke Limitierung des Gasaustauschs hin. Auch in der unteren Krone der Altbäume war A_max von F. excelsior (12.0 μmol m⁻² s⁻¹) höher als A_max von A. pseudoplatanus, C. betulus und T. platyphyllos (5.0–5.6 μmol m⁻² s⁻¹). Dies kann durch die geringe Blattfläche und die Abwesenheit von Schattenblättern in der Krone adulter Bäume von F. excelsior erklärt werden. Zwischen den koexistierenden Baumarten wurde somit in Bezug auf Blatteigenschaften und Photosyntheseparameter eine erhebliche Variation festgestellt. Die Ergebnisse legen nahe, dass artspezifische Eigenschaften die räumliche Heterogenität des Gaswechsels im Kronenraum erhöhen und bei der Interpretation und Vorhersage von Gasflüssen über Mischbeständen berücksichtigt werden sollten.     

High occurrence of red-listed bryophytes and lichens in mature managed forests in boreal Sweden

Successful biodiversity conservation needs to be based on reliable data regarding the distribution and abundance of species. Red Lists summarize the status of rare and declining species. Here we present the first detailed survey (10 m × 10 m resolution) of nationally red-listed bryophytes and lichens at stand level in boreal forests. 30 managed forest production stands in boreal Sweden, soon to be harvested, were surveyed in detail regarding red-listed bryophytes and lichens. On the 180 ha totally investigated, 33 red-listed species were found, representing 35% of all forest red-listed bryophytes and lichens so far recorded from this part of Sweden. The mean number of red-listed species per stand was 10 and varied between 5 and 16. Excluding three species which were so common that, given the time-limit, it was not possible to record all of their occurrences, there were on average 6 number of observations ha⁻¹. The presence and density exceed those earlier found in ‘key habitats’, defined as hot-spots for red-listed species. Almost all observations were made on trees, with 48% on living trees and 52% on dead. Altitude, area and stem volume explained 67% of the red-list species density. The results highlight the importance of unprotected areas for rare and declining species and point to a hitherto unacknowledged high biodiversity value of mature managed boreal forest stands, shaped by a less intense forestry than today's. It also raises questions regarding the use of red-listed species to identify areas of importance to biodiversity. Objective and systematic surveys of red-listed species in the forest landscape, including younger stands, are urgent.Der erfolgreiche Schutz der Biodiversität muss auf verlässlichen Daten über die Verbreitung und Abundanz der Arten basieren. Rote Listen fassen den Status seltener und abnehmender Arten zusammen. Hier präsentieren wir die erste detaillierte Erfassung (10 m × 10 m Auflösung) von Bryophyten und Flechten der nationalen Rote Liste auf Bestandsniveau in borealen Wäldern. Im borealen Schweden wurden in 30 bewirtschafteten Produktionswälder, die bald geerntet werden sollen, die Bryophyten und Flechten der Roten Liste im Detail erfasst. Auf den insgesamt untersuchten 180 ha wurden 33 Arten der Roten Liste gefunden, die 35% aller Wald-Bryophyten und-Flechten der Roten Liste repräsentieren, die bisher in diesem Teil Schwedens erfasst wurden. Die mittlere Anzahl derRote-Liste-Arten pro Bestand war 10 und variierte zwischen 5 und 16. Unter Ausschluss von drei Arten, die so gewöhnlich waren, dass es bei dem gegebenen Zeitlimit nicht möglich war alle ihre Vorkommen zu erfassen, gab es im Durchschnitt 6 Beobachtungen ha⁻¹. Vorkommen und Dichten übertrafen die früher in “Schlüsselhabitaten” gefundenen, die als ‘hot spots’ bezeichnet werden. Fast alle Beobachtungen wurden auf Bäumen gemacht, mit 48% auf lebenden und 52% auf toten Bäumen. Die Höhe, das Gebiet und das Stammvolumen erklärten 67% der Dichte der Rote-Liste-Arten. Die Ergebnisse heben die Wichtigkeit nicht-geschützter Gebiete für seltene und abnehmende Arten hervor und weisen auf einen bisher nicht wahrgenommenen hohen Biodiversitätswert von alten bewirtschafteten borealen Waldbeständen hin, die von einer weniger intensiven Forstwirtschaft als der heutigen geformt wurden. Es stellen sich ebenso Fragen, die die Verwendung der Rote-Liste-Arten betreffen, um für die Biodiversität wichtige Gebiete zu identifizieren. Objektive und systematische Erfassungen der Rote-Liste-Arten in Waldlandschaften inklusive der jüngeren Bestände sind dringend.     

Neutral and non-neutral macroecology

Because of the multiscalar nature of processes underlying biodiversity dynamics, macroecology has emerged as a discipline that seeks to build an understanding of this complexity by examining statistical patterns in large assemblages of species in geographic space and ecological time. Models that assume individual organisms within trophically defined assemblages are ecologically equivalent can produce many patterns identified by macroecology. Neutral models predict two important dynamical patterns that can be tested in real assemblages. First, they predict that species diversity will decline within an assemblage over time. The rate of this decay in species diversity can be predicted from estimates of migration rates from a “metacommunity” or species pool. Second, neutral models predict a divergence of species composition among local communities over time. The rate and degree of divergence among communities also depend on the migration rate. The few studies that have been done to date imply that the rate of migration in real species assemblages is much lower than that required to explain the degree of community similarity maintained in space and time. There are at least two alternative ways to extend neutral models to incorporate more biological realism. First, competitive asymmetries among species may be introduced to allow for the possibility that individuals of some species may have an advantage in replacing individuals that die. Second, environmental heterogeneity can be introduced by assuming sites available to individuals differ in quality to individuals of different species. The neutral model, because of its conceptual simplicity and rigor, should be considered as a null model for baseline comparison to actual patterns of distribution, abundance, species composition, and beta diversity.

Zusammenfassung

Wegen der multiskalaren Natur der Prozesse, die der Biodiversitätsdynamik zugrunde liegen, entstand die Makroökologie als eine Disziplin, die anstrebt ein Verständnis dieser Komplexität zu schaffen, indem sie statistische Muster in großen Vergesellschaftungen von Arten im geografischen Raum und ökologischer Zeit untersucht. Modelle, die davon ausgehen, dass individuelle Organismen innerhalb trophisch definierter Vergesellschaftungen ökologisch äquivalent sind, können viele Muster erzeugen, die durch die Makroökologie indentifiziert werden. Neutrale Modelle sagen zwei wichtige dynamische Muster vorher, die in realen Vergesellschaftungen getestet werden können. Als Erstes sagen sie vorher, dass die Artendiversität in einer Vergesellschaftung mit der Zeit abnehmen wird. Die Rate der Abnahme der Artendiversität kann über Schätzungen der Migrationsraten aus einer Metagemeinschaft bzw. einem Artenpool vorhergesagt werden. Als Zweites sagen neutrale Modelle eine Divergenz der Artenzusammensetzung zwischen den lokalen Gemeinschaften mit der Zeit vorher. Die Rate und der Grad der Divergenz zwischen den Gemeinschaften hängt ebenfalls von der Migrationsrate ab. Die wenigen Untersuchungen, die bis heute gemacht wurden, implizieren, dass die Rate der Migration in realen Artenvergesellschaftungen viel geringer als erforderlich sind, um den Grad der Gemeinschaftsähnlichkeit zu erklären, der in Raum und Zeit aufrecht erhalten wird. Es gibt mindestens zwei alternative Weisen neutrale Modelle zu erweitern, um mehr biologische Realität mit einzubeziehen. Als Erstes können Asymmetrien der Konkurrenz unter Arten einbezogen werden, um die Möglichkeit zu zulassen, dass Individuen einiger Arten einen Vorteil bei der Ersetzung von sterbenden Individuen haben. Als Zweites kann die Umweltheterogenität mit einbezogen werden, indem angenommen wird, dass sich die verfügbaren Standorte in ihrer Qualität für Individuen verschiedener Arten unterscheiden. Wegen seiner konzeptuellen Einfachheit und Starrheit sollte das neutrale Modell als Null-Modell für grundlegende Vergleiche von Verbreitung, Abundanz, Artenzusammensetzung und Betadiversität angesehen werden.     

Hide and seek on two spatial scales – vegetation structure effects herbivore oviposition and egg parasitism

Habitat parameters as well as host density and distribution play an important role in host-parasitoid interactions. Vegetation structure can affect both, herbivorous insects searching for places for egg deposition and foraging egg parasitoids. Herbivores might escape egg parasitism by depositing their eggs on sites with vegetation factors unfavourable for host searching parasitoids. The importance of a particular vegetation parameter for the host-parasitoid relationship, however, might depend on the spatial scale. In this study the influence of vegetation structure on oviposition of the polyphagous tansy leaf beetle Galeruca tanaceti L. (Coleoptera: Chrysomelidae) and on egg parasitism by the specialist egg parasitoid Oomyzus galerucivorus was investigated on two spatial scales in the field. Factors like vegetation height and coverage, presence of host plants and microclimate were measured and correlated with presence of herbivore eggs as well as incidence or rate of parasitism. On a larger scale 25 sites (patch size = 300–2000 m²) of suitable semi-arid grassland in different successional stages were studied. The probability that egg clutches of G. tanaceti were present at a site increased with a decreasing area covered by shrubs. Parasitism rates on the macro-site scale showed the same trend and were also higher at sites with a lower percentage of shrubs covering the area.On a smaller scale vegetation structure was investigated using 40 patches (patch size = 1 m²). While the best predictor for the presence of beetle egg masses on this scale was the complexity of vegetation, parasitism was influenced by the presence of a host plant, Achillea millefolium, and a sunny microclimate.In Wirt-Parasitoid Interaktionen spielen Wirtsdichte und -verteilung, aber auch Habitat-Parameter eine wichtige Rolle. Die Vegetationsstruktur kann sowohl herbivore Insekten auf der Suche nach Ei- ablageplätzen als auch ihre Eiparasitoide auf der Suche nach Wirten beeinflussen. Herbivore Insekten könnten einer Eiparasitierung dadurch entgehen, dass sie ihre Eier an Orte legen, die für Parasitoide ungünstige Vegetations-Parameter aufweisen. Die Bedeutung eines Vegetations-Parameters auf die Wirt-Parasitoid Beziehung kann von der räumlichen Skala abhängen, die untersucht wird. Diese Arbeit untersucht den Einfluss der Vegetationsstruktur auf die Eiablage des polyphagen Rainfarnblattkäfers Galeruca tanaceti L. (Coleoptera: Chrysomelidae) und auf die Parasitierung durch den spezialisierten Ei-Parasitoiden Oomyzus galerucivorus auf zwei räumlichen Skalen im Freiland. Verschiedene Vegetations-Parameter wie die Vegetationshöhe, der Deckungsgrad, das Wirtspflanzenvorkommen und das Mikroklima wurden gemessen und mit dem Vorhandensein von Eigelegen und Parasitierung korreliert. Auf der großflächigen Skala wurden 25 Flächen (Größe = 300–2000 m²) semiariden Grasslands in verschiedenen Sukzessionsstadien untersucht. Die Wahrscheinlichkeit, dass Eigelege von G. tanaceti auf einer Fläche gefunden wurden nahm mit sinkendem Verbuschungsgrad zu. Die Parasitierungsrate auf der großflächigen Skala nahm ebenfalls mit sinkendem Verbuschungsgrad zu.Kleinflächig wurde die Vegetationsstruktur in 40 Quadraten (Größe = 1 m²) untersucht. Während die Eiablage des Käfers am stärksten von der Komplexität der Vegetation beeinflusst wurde, wurde die Parasitierungsinzidenz durch das Vorkommen der Wirtspflanze Achillea millefolium und durch ein sonniges Mikroklima bestimmt.     

Effects of plant diversity on invasion of weed species in experimental pasture communities

Studies have shown that weed invasion into grasslands may be suppressed if the resident plant community is sufficiently diverse. The objective of this study was to determine whether increased forage plant diversity in grazed pasture communities might be associated with reduced weed abundance both in the aboveground vegetation and soil seed bank. Data were collected from a pasture experiment established in 1994 in Missouri, USA. The experiment consisted of 15 m×15 m plots sown with Festuca arundinacea Schreb. or Bromus inermis Leysser as a base species in mixtures of 1, 2, 3, 6, or 8 forage species. The plots were grazed by cattle during each growing season from 1998 to 2002. Aboveground plant species composition in each plot was measured using a point step method. Soil cores were collected in 1999 and 2002, and the species composition of germinable weed seeds in plots were evaluated by identifying seedlings as they germinated over an 8-week period. Species diversity was measured using several indices: species richness (S), Shannon–Wiener diversity index (H^′), and forage species evenness (J). Aboveground weed abundance in plots was unrelated to forage species richness (S), but weed abundance declined as the evenness (J) of resident forage species increased in mixtures. The species composition of mixtures may have affected weed abundance. Weeds both in the soil seed bank and aboveground vegetation were less abundant in mixtures that contained F. arundinacea compared with mixtures that contained B. inermis. Although variables like forage plant productivity may also suppress weed abundance in pastures, our results suggest that maintaining an evenly distributed mixture of forage species may help suppress weeds as well.

Zusammenfassung

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Unkrautinvasion in Grünländer unterdrückt sein kann, wenn die ansässige Pflanzengemeinschaft ausreichend divers ist. Die Zielsetzung dieser Untersuchung war es zu bestimmen, ob eine erhöhte Futterpflanzendiversität in beweideten Grünlandgemeinschaften mit einer verringerten Unkrautabundanz sowohl bei der oberirdischen Vegetation als auch in der Bodensamenbank verbunden sein kann. Die Daten wurden in einem Weidelandexperiment gesammelt, das 1994 in Missouri, USA, etabliert wurde. Das Experiment bestand aus 15 m×15 m Probeflächen, die mit Festuca arundinacea Schreb. oder Bromus inermis Leysser als Basisarten in Mischungen von 1, 2, 3, 6 oder 8 Futterarten eingesät waren. Die Probeflächen wurden während jeder Wachstumssaison von 1998 bis 2002 stark mit Vieh beweidet. Die oberirdische Pflanzenartenzusammensetzung wurde in jeder Fläche mit einer Punktstopmethode gemessen. Bodenproben wurden 1999 und 2002 gesammelt und die Artenzusammensetzung der keimfähigen Unkrautsamen wurde in den Probeflächen bewertet, indem die Keimlinge identifiziert wurden, die in einer 8-wöchigen Periode keimten. Die Artendiversität wurde unter Verwendung verschiedener Indizes gemessen: Artenreichtum (S), Shannon–Wiener-Diversitätsindex (H^′) und Futterarten-Äquitabilität (J). Die oberirdische Unkrautartenabundanz in den Probeflächen stand in keiner Beziehung zum Futterartenreichtum (S), aber die Unkrautabundanz nahm ab, wenn die Äquitabilität (J) der ansässigen Futterarten in den Mischungen zunahm. Die Artenzusammensetzung der Mischungen könnte die Unkrautabundanz beeinflusst haben. Sowohl die Unkräuter in der Bodensamenbank, als auch in der oberirdischen Vegetation waren weniger abundant in Mischungen, die F. arundinacea enthielten, im Vergleich zu denen, die B. inermis enthielten. Obgleich Variablen wie die Futterpflanzenproduktivität möglicherweise ebenfalls die Unkrautabundanz im Weideland unterdrücken, lassen unsere Ergebnisse vermuten, dass die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Mischung von Futterarten ebenfalls helfen kann, die Unkräuter zu unterdrücken.