https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2020/0251/cover.png community structure Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg Universitätsbibliothek Marburg Rodriguez Quiel, Eyvar Elias Rodriguez Quiel Eyvar Elias Earth (Astronomical geography) Erde (Astronomische Geografie) Diversität und Verteilung von Bryophyten entlang eines Höhengradienten am Vulkan Baru, Panama tropical m ths Prof. Dr. Bader Maaike Bader, Maaike (Prof. Dr.) 2020 doctoralThesis indicator species beta diversity elevational gradient substrates Diversity and distribution of bryophytes along an elevational gradient on Baru Volcano, Panama 2021-02-25 Fachbereich Geographie Geographie https://doi.org/10.17192/z2020.0251 urn:nbn:de:hebis:04-z2020-02511 Bryophytes species richness monograph 2021-02-25 Elevational gradients in tropical mountains are suitable systems for studying spatial variations in plant diversity. Due to their great abundance, diversity, and sensitivity to environmental changes, bryophytes are appropriate organisms to explore relationships between diversity patterns and environmental fluctuations. The present study undertakes an analysis of bryophyte diversity and its functions. Moreover, it evaluates the importance of considering bryophytes on different substrates to assess the effects of the microenvironment on the distribution of diversity. The study addresses the following specific questions: 1. How does bryophyte species diversity change with elevation, and how elevational patterns differ between substrate types? 2. How do the community composition and beta diversity of bryophytes on different substrates vary along an elevational gradient? How does elevation influence species association for a particular substrate type along a mountain slope? 3. How do bryophyte biomass and water-holding capacity change with the increase in elevation while accounting for the effect of bryophyte substrates? The variations in the aspects of diversity and ecosystem functions were assessed along an elevational gradient on the Baru Volcano, Panama. Eight study sites were established from 1900 m to 3300 m, with elevational intervals of 200 m between sites. At each elevation, forest structure and climate data, as well as cover per bryophyte species from six substrate types in 600 cm2 plots were recorded. From these plots, bryophyte samples were collected, deposited in plastic bags, and transported to the laboratory where biomass and water-holding capacity were determined and early stages of species identification were carried out. The obtained results revealed that: i) bryophyte species richness consistently decreased towards the highest elevation; ii) elevation explains bryophyte community composition along the whole elevational gradient, while substrate types explain variations in short elevation ranges; and iii) bryophyte biomass and water-holding capacity consistently increased towards the highest elevation. The present work demonstrates that bryophytes respond to the environmental variations drawn by a tropical elevational gradient, varying in species richness and community composition. Total richness of species at different elevations and substrate types decreased with increasing elevation. Species richness patterns were dependent on the scale of analysis, and substrates differed from each other only when considering total number of species aggregated per plots. The pattern of decrease in species richness was related to a gradual change in the composition of the communities. Changes in community composition were mainly explained by elevational variations and to a lesser extent by differences related to substrate types. Different substrates were more crucial in explaining community composition only in short elevational ranges (the four lowest and four highest elevations). Environmental aspects related to a transition zone of forest vegetation at 2500 m were associated with high rates of species turnover and differentiation between communities from the higher and lower area of the mountain. The continuous change of species along the gradient induced a change of typical species per type of substrates and within each elevation. Community turnover results in variations in ecosystem functions that bryophytes perform along the elevational gradient. Bryophyte biomass and its water-holding capacity increased towards higher elevations. Being the terrestrial communities those that registered higher water-holding capacity. Considering different substrates is relevant in the analysis of the bryophyte diversity since each of these micro-environments provides with different extent of information on the richness of species, composition of communities, and functions within the ecosystem. Species turnover induced a high ecological differentiation between lowest and highest elevation communities, causing modifications even in the association of species for a specific substrate. Bryophyte ecosystem functions varied with elevation due to changes in biomass, with different intensity in each substrate. Consequently, epiphytic and terrestrial bryophyte communities performed functions to different degrees within the mountain. Besides, these functions are performed by different communities at both ends of the gradient and also with varying effectiveness. Modifications in the climate, such as those expected under climate change scenarios, would imply changes in different aspects of bryophyte diversity and their functions within the mountain ecosystem. If substrates differ in their elevational patterns of species richness, changes in substrate availability present an additional pathway for the climate to shape the diversity of bryophytes on tropical mountains. Therefore, a better understanding of the spatial variation in bryophyte diversity in these mountains is essential to elucidate the effects of environmental change on this crucial group of plants and its implications for ecosystem functioning. Our data suggest that considering the elevational gradient in the tropical mountain is key to the conservation of diversity and maintenance of ecosystem productivity. Höhengradienten im tropischen Gebirge sind gute Modellsysteme, um räumliche Unterschiede in der Biodiversität zu untersuchen. Wegen ihrer hohen Abundanz, Artenvielfalt und Empfindlichkeit gegenüber Umweltveränderungen sind Bryophyten besonders gut dafür geeignet, um Zusammenhänge zwischen Mustern in der Artenvielfalt und Umweltveränderungen aufzuspüren. Die vorliegende Studie untersucht die Artenvielfalt von Bryophyten sowie deren Funktionen im Ökosystem. Bryophyten von verschieden Substraten werden verglichen, um Aufschluss über den Einfluss der Mikrohabitate auf die Verteilung der Artenvielfalt zu gewinnen. Insbesondere werden folgende Fragen untersucht: 1. Wie verändert sich die Artenvielfalt der Bryophyten mit der geografischen Höhe, und wie ändern sich die höhenabhängigen Muster zwischen den verschiedenen Substrattypen? 2. Wie verändern sich die Artengemeinschaft und die Beta-diversität entlang des Höhengradienten? Ändern sich Assoziationen zwischen einzelnen Arten und Substraten entlang des Hanges? 3. Wie ändern sich Biomasse und Wasserspeichervermögen der Bryophyten mit zunehmender Höhe, wenn man den Effekt des Substrates mit berücksichtigt? Die Unterschiede in den verschiedenen Aspekten von Biodiversität und Ökosystemfunktionen wurden an einem Höhengradienten auf dem Vulkan Baru in Panama untersucht. Acht Untersuchungsstandorte wurden zwischen 1900 und 3300m ü. NN im Abstand von jeweils 200 Höhenmetern festgelegt. An jeder Fläche wurden Waldstruktur und Klimadaten aufgenommen, sowie die die Deckungsgrade der verschiedenen Bryophytenarten auf sechs unterschiedlichen Substrattypen, gemessen auf Probeflächen von 600 cm², bestimmt. Auf diesen Probeflächen wurden Proben von Bryophyten entnommen, in Plastiktüten gelagert und in ein Labor transportiert, wo ihre Biomasse und Wasserspeicherkapazität gemessen sowie eine taxonomische Bestimmung durchgeführt wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass i) die Artenvielfalt der Bryophyten mit zunehmender Höhe abnahm, ii) die Zusammensetzung der Bryophytengemeinschaften entlang des gesamten Gradienten durch die Höhe erklärt wurde, wohingegen die Substrattypen Unterschiede innerhalb von kleineren Höhenintervallen erklärten, und iii) Biomasse und Wasserspeicherkapazität mit der Höhe zunahmen. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass Bryophyten auf die Umweltveränderungen entlang des tropischen Höhengradienten mit Veränderungen in Artenvielfalt und -gemeinschaft reagieren. Auf allen Substrattypen sank die Artenvielfalt mit zunehmender Höhe. Verteilungsmuster in der Artenvielfalt hingen von der Größenskala der Analyse ab, und die verschiedenen Substrattypen zeigten hier nur dann unterschiedliches Verhalten, wenn man die Gesamtzahl der Arten auf den Probeflächen betrachtete. Die Abnahme der Artenvielfalt war verbunden mit einer graduellen Veränderung der Artengemeinschaft. Unterschiede in der Artengemeinschaft wurden hauptsächlich durch Höhenunterschiede, in geringerem Umfang auch durch Unterschiede im Zusammenhang mit den Substrattypen erklärt. Die unterschiedlichen Substrattypen waren entscheidender dabei, die Zusammensetzung der Artengemeinschaft innerhalb kleinerer Höhenintervalle zu erklären (beispielsweise innerhalb der vier niedrigst- und der vier höchstgelegenen Flächen). Die Beta-Diversität zeigte im Zusammenhang mit einer Übergangszone in der Waldvegetation auf 2500m Höhe einen hohen Artenwechsel und eine Differenzierung der Artengemeinschaften ober- und unterhalb dieser Zone an. Der kontinuierliche Wechsel der Arten entlang des Höhengradienten führte auch zu einem Wechsel der für den jeweiligen Substrattyp typischen Leitart. Der Wechsel der Artengemeinschaften führte zu Variationen in den Ökosystemfunktionen, welche die Bryophyten entlang des Umweltgradienten ausführten. Biomasse und Wasserspeicherkapazität nahmen mit der Höhe zu. Bryophyten im Boden besaßen eine größere Fähigkeit, Wasser zurückzuhalten. Es ist wichtig, die unterschiedlichen Substrate in der Analyse zu berücksichtigen, da jedes dieser Mikrohabitate in unterschiedlichem Maße Informationen über den Artenreichtum, die Artengemeinschaft und die Funktion innerhalb des Ökosystems lieferte. Der Artenwechsel führte zu einer hohen ökologischen Differenzierung zwischen den niedrigst- und höchstgelegenen Gemeinschaften, was auch zu Unterschieden in den Assoziationen verschiedener Arten zu bestimmten Substrattypen führte. Die Ökosystemfunktionen der Bryophyten veränderte sich mit der Höhe aufgrund von Änderungen in der Biomasse, was allerdings in unterschiedlichen Substrattypen unterschiedlich stark ausgeprägt war. Daher erfüllten die Gemeinschaften der epiphytisch und terrestrisch wachsenden Brypohyten Ökosystemfunktionen in unterschiedlichem Maße entlang des Berghanges. An beiden Enden des Höhengradienten werden die Funktionen von unterschiedlichen Gemeinschaften und in abweichender Effektivität ausgeführt. Änderungen des Klimas, wie sie von den verschiedenen Szenarien des Klimawandels erwartet werden, könnten zu Änderungen in der Vielfalt der Bryophyten und deren Funktionen innerhalb der Bergökosysteme führen. Falls sich die höhenabhänge Verteilung des Artenreichtums zwischen den verschiedenen Substrattypen unterscheidet, dann bildet die Verfügbarkeit dieser Substrattypen ein weiteres Einfallstor für klimatisch bedingte Veränderungen der Biodiversität von Bryophyten im tropischen Gebirge. Daher ist ein besseres Verständnis der räumlichen Variationen der Artenvielfalt der Bryophyten in diesem Gebirgstyp essentiell, um sowohl die Auswirkungen der Umweltveränderungen auf diese so wichtige Pflanzengruppe als auch die daraus resultierenden Implikationen für die Funktionalität des Ökosystems zu erhellen. Unsere Daten legen nahe, den Höhengradienten in seiner jetzigen Form zu erhalten, sowohl im Interesse des Umweltschutzes, als auch zur Erhaltung der Produktivität des Ökosystems. 129 application/pdf hydrology English Philipps-Universität Marburg biomass opus:9197 2020-07-16