Correlation of soil properties with weed ocurrence in sugarcane areas

Soil properties can influence weed community composition and weed density agricultural area. Knowing this relationship would allow to choose the best strategy for the control of such plants. This study aimed to investigate the correlation between weed density and chemical and physical attributes of soil in three areas (UCO, USC, and UPA) for commercial sugarcane cultivation in Campos dos Goytacazes, RJ. Grids of 40 m x 40 m were established in the areas, and soil samples were collected at the intersection points for physical and chemical analysis and evaluation of the soil seed bank (SSB), followed by a phyto-sociological survey of the weeds present. Samples were collected during two periods: February/March and June/July, 2010. SSB presented the greatest number of species per vegetation evaluated in the two sampling periods. Clay content had a positive effect leading to greater weed density in all areas (UCO, USC and UPA) in at least one of the densities (0-10 and 10-20 cm). On the other hand, sand content, when significant, presented a negative correlation with plant density in all the SSB areas analyzed. The pH negatively influenced the density of the species found through the phyto-sociological survey at USC and UPA. Cyperus rotundus, dominant in all areas, correlated positively with phosphorus, potassium, and clay content and negatively with pH and high sand content.

Macroalgae across environmental gradients : tools for managing rocky coastal areas of the northern Baltic Sea

Macroalgae are the main primary producers of the temperate rocky shores providing a three-dimensional habitat, food and nursery grounds for many other species. During the past decades, the state of the coastal waters has deteriorated due to increasing human pressures, resulting in dramatic changes in coastal ecosystems, including macroalgal communities. To reverse the deterioration of the European seas, the EU has adopted the Water Framework Directive (WFD) and the Marine Strategy Framework Directive (MSFD), aiming at improved status of the coastal waters and the marine environment. Further, the Habitats Directive (HD) calls for the protection of important habitats and species (many of which are marine) and the Maritime Spatial Planning Directive for sustainability in the use of resources and human activities at sea and by the coasts. To efficiently protect important marine habitats and communities, we need knowledge on their spatial distribution. Ecological knowledge is also needed to assess the status of the marine areas by involving biological indicators, as required by the WFD and the MSFD; knowledge on how biota changes with human-induced pressures is essential, but to reliably assess change, we need also to know how biotic communities vary over natural environmental gradients. This is especially important in sea areas such as the Baltic Sea, where the natural environmental gradients create substantial differences in biota between areas. In this thesis, I studied the variation occurring in macroalgal communities across the environmental gradients of the northern Baltic Sea, including eutrophication induced changes. The aim was to produce knowledge to support the reliable use of macroalgae as indicators of ecological status of the marine areas and to test practical metrics that could potentially be used in status assessments. Further, the aim was to develop a methodology for mapping the HD Annex I habitat reefs, using the best available data on geology and bathymetry. The results showed that the large-scale variation in the macroalgal community composition of the northern Baltic Sea is largely driven by salinity and exposure. Exposure is important also on smaller spatial scales, affecting species occurrence, community structure and depth penetration of algae. Consequently, the natural variability complicates the use of macroalgae as indicators of human-induced changes. Of the studied indicators, the number of perennial algal species, the perennial cover, the fraction of annual algae, and the lower limit of occurrence of red and brown perennial algae showed potential as usable indicators of ecological status. However, the cumulated cover of algae, commonly used as an indicator in the fully marine environments, showed low responses to eutrophication in the area. Although the mere occurrence of perennial algae did not show clear indicator potential, a distinct discrepancy in the occurrence of bladderwrack, Fucus vesiculosus, was found between two areas with differing eutrophication history, the Bothnian Sea and the Archipelago Sea. The absence of Fucus from many potential sites in the outer Archipelago Sea is likely due to its inability to recover from its disappearance from the area 30-40 years ago, highlighting the importance of past events in macroalgal occurrence. The methodology presented for mapping the potential distribution and the ecological value of reefs showed, that relatively high accuracy in mapping can be achieved by combining existing available data, and the maps produced serve as valuable background information for more detailed surveys. Taken together, the results of the theses contribute significantly to the knowledge on macroalgal communities of the northern Baltic Sea that can be directly applied in various management contexts.

Structure et dynamique des communautés multi-espèces : le rôle de l’espace

Cette thèse porte sur le rôle de l’espace dans l’organisation et dans la dynamique des communautés écologiques multi-espèces. Deux carences peuvent être identifiées dans les études théoriques actuelles portant sur la dimension spatiale des communautés écologiques : l’insuffisance de modèles multi-espèces représentant la dimension spatiale explicitement, et le manque d’attention portée aux interactions positives, tel le mutualisme, en dépit de la reconnaissance de leur ubiquité dans les systèmes écologiques. Cette thèse explore cette problématique propre à l’écologie des communautés, en utilisant une approche théorique s’inspirant de la théorie des systèmes complexes et de la mécanique statistique. Selon cette approche, les communautés d’espèces sont considérées comme des systèmes complexes dont les propriétés globales émergent des interactions locales entre les organismes qui les composent, et des interactions locales entre ces organismes et leur environnement. Le premier objectif de cette thèse est de développer un modèle de métacommunauté multi-espèces, explicitement spatial, orienté à l’échelle des individus et basé sur un réseau d’interactions interspécifiques générales comprenant à la fois des interactions d’exploitation, de compétition et de mutualisme. Dans ce modèle, les communautés locales sont formées par un processus d’assemblage des espèces à partir d’un réservoir régional. La croissance des populations est restreinte par une capacité limite et leur dynamique évolue suivant des mécanismes simples de reproduction et de dispersion des individus. Ces mécanismes sont dépendants des conditions biotiques et abiotiques des communautés locales et leur effet varie en fonction des espèces, du temps et de l’espace. Dans un deuxième temps, cette thèse a pour objectif de déterminer l’impact d’une connectivité spatiale croissante sur la dynamique spatiotemporelle et sur les propriétés structurelles et fonctionnelles de cette métacommunauté. Plus précisément, nous évaluons différentes propriétés des communautés en fonction du niveau de dispersion des espèces : i) la similarité dans la composition des communautés locales et ses patrons de corrélations spatiales; ii) la biodiversité locale et régionale, et la distribution locale de l’abondance des espèces; iii) la biomasse, la productivité et la stabilité dynamique aux échelles locale et régionale; et iv) la structure locale des interactions entre les espèces. Ces propriétés sont examinées selon deux schémas spatiaux. D’abord nous employons un environnement homogène et ensuite nous employons un environnement hétérogène où la capacité limite des communautés locales évoluent suivant un gradient. De façon générale, nos résultats révèlent que les communautés écologiques spatialement distribuées sont extrêmement sensibles aux modes et aux niveaux de dispersion des organismes. Leur dynamique spatiotemporelle et leurs propriétés structurelles et fonctionnelles peuvent subir des changements profonds sous forme de transitions significatives suivant une faible variation du niveau de dispersion. Ces changements apparaissent aussi par l’émergence de patrons spatiotemporels dans la distribution spatiale des populations qui sont typiques des transitions de phases observées généralement dans les systèmes physiques. La dynamique de la métacommunauté présente deux régimes. Dans le premier régime, correspondant aux niveaux faibles de dispersion des espèces, la dynamique d’assemblage favorise l’émergence de communautés stables, peu diverses et formées d’espèces abondantes et fortement mutualistes. La métacommunauté possède une forte diversité régionale puisque les communautés locales sont faiblement connectées et que leur composition demeure ainsi distincte. Par ailleurs dans le second régime, correspondant aux niveaux élevés de dispersion, la diversité régionale diminue au profit d’une augmentation de la diversité locale. Les communautés locales sont plus productives mais leur stabilité dynamique est réduite suite à la migration importante d’individus. Ce régime est aussi caractérisé par des assemblages incluant une plus grande diversité d’interactions interspécifiques. Ces résultats suggèrent qu’une augmentation du niveau de dispersion des organismes permet de coupler les communautés locales entre elles ce qui accroît la coexistence locale et favorise la formation de communautés écologiques plus riches et plus complexes. Finalement, notre étude suggère que le mutualisme est fondamentale à l’organisation et au maintient des communautés écologiques. Les espèces mutualistes dominent dans les habitats caractérisés par une capacité limite restreinte et servent d’ingénieurs écologiques en facilitant l’établissement de compétiteurs, prédateurs et opportunistes qui bénéficient de leur présence.

Échantillonnage et modélisation de l’habitat des communautés de poissons de rivière des basses Laurentides

Plusieurs études à grande échelle ont identifié la modification ou la perte d’habitats comme menace principale à la conservation des communautés de poissons d’eau douce. Au Canada, « aucune perte nette dans la capacité productive des habitats » (NNL) est le principe directeur de la politique de gestion des habitats du ministère des Pêches et Océans. Le respect du NNL implique l’avancement des connaissances au niveau des relations entre les poissons et leurs habitats, de même que des outils pour quantifier l’impact de la modification des habitats sur les poissons. Les modèles d’utilisation de l’habitat des poissons (FHUM) sont des outils qui permettent d’améliorer nos connaissances des relations poissons – habitat, de prédire la distribution des espèces, mais aussi leurs densités, biomasses ou abondances, sur la base des caractéristiques de l’environnement. L’objectif général de mon mémoire est d’améliorer la performance des FHUM pour les rivières des basses Laurentides, en suggérant des perfectionnements au niveau de 2 aspects cruciaux de l’élaboration de tels modèles : la description précise de la communauté de poissons et l’utilisation de modèles statistiques efficaces. Dans un premier chapitre, j’évalue la performance relative de la pêcheuse électrique et de l’échantillonnage en visuel (plongée de surface) pour estimer les abondances des combinaisons d’espèces et de classes de taille des poissons en rivière. J’évalue aussi l’effet des conditions environnementales sur les différences potentielles entre les communautés observées par ces 2 méthodes d’échantillonnage. Pour ce faire, 10 sections de rivière de 20 m de longueur ont été échantillonnées à l’aide de ces 2 méthodes alors qu’elles étaient fermées par des filets de blocage. 3 plongeurs performèrent l’échantillonnage en visuel en se déplaçant de l’aval vers l’amont des sections, tout en dénombrant les espèces et classes de taille. Par la suite, nous avons fait 3 passages de pêcheuse électrique et les abondances furent estimées grâce à un modèle restreint de maximum de vraisemblance, basé sur la diminution des abondances observées. De plus grandes abondances de poissons furent observées en visuel qu’avec la pêcheuse électrique à tous les sites. La richesse spécifique observée en visuel était plus élevée (6/10) ou égale (4/10) à celle observée avec la pêcheuse électrique. Les différences entre les communautés de poissons observées à l’aide de ces 2 méthodes ne purent être reliées aux conditions environnementales. Les résultats de cette expérience sont contraires à ceux de toutes les études comparant ces 2 méthodes d’échantillonnage, lesquels suggèrent une supériorité de la pêcheuse électrique. Les conditions environnementales de notre expérience étaient distinctes de celles observées dans les autres études (absence d’arbres tombés dans l’eau, très peu de substrats grossiers), mais la différence la plus marquante était en terme de communauté de poissons observée (dominance des cyprinidés et des centrarchidés plutôt que des salmonidés). Je termine ce chapitre en suggérant que les caractéristiques comportementales favorisant l’évitement de la capture (formation de bancs) et facilitant l’observation en visuel (curiosité) sont responsables de la supériorité de la plongée de surface pour échantillonner les communautés dans les rivières des basses Laurentides. Dans un deuxième chapitre, je développe des FHUM pour des communautés de poissons de rivière ayant plusieurs espèces. Dans le but de simplifier la modélisation de telles communautés et d’améliorer notre compréhension des relations poissons – habitat, j’utilise les concepts de guilde écologique et de filtre environnemental pour explorer les relations entre les guildes formées sur la bases de différents types de traits (reproducteurs, taxonomiques, éco-morphologiques et alimentaires) et les conditions environnementales locales à l’échelle du méso-habitat. Les modèles d’habitats basés sur les guildes reproductrices ont clairement surpassé les autres modèles, parce que l’habitat de fraie reflète l’habitat de préférence en dehors de la période de reproduction. J’ai également utilisé l’approche inverse, c’est à dire définir des guildes d’utilisation de l’habitat et les mettre en relation avec les traits des espèces. Les traits reliés à l’alimentation des poissons ont semblés être les meilleurs pour expliquer l’appartenance aux groupes d’utilisation de l’habitat, mais le modèle utilisé ne représentait pas bien la relation entre les groupes. La validation de notre modèle basé sur les guildes reproductrices avec un jeu de données indépendant pourrait confirmer notre découverte, laquelle représente une manière prometteuse de modéliser les relations poissons – environnement dans des communautés de poissons complexes. En conclusion, mon mémoire suggère d’importantes améliorations aux FHUM pour les communautés de poissons des basses Laurentides, en suggérant de prendre en compte les caractéristiques biologiques des cours d’eau dans le choix d’une méthode d’échantillonnage, et également en utilisant une méthode prometteuse pour simplifier les FHUM de communautés de poissons complexes : les guildes reproductrices.

Rôle de l’azote dans la structure et la fonction des communautés de cyanobactéries toxiques

Dans cette étude de trois lacs sujets aux efflorescences de cyanobactéries, nous avons examiné la diversité des bactéries diazotrophes et des cyanobactéries toxiques. Nous avons tenté de définir les facteurs environnementaux influençant la composition des communautés phytoplanctoniques, la concentration ainsi que la composition des microcystines (MCs). Nous avons émis l’hypothèse que l’azote jouerait un rôle majeur dans le façonnement des communautés cyanobactériennes et influencerait la concentration et composition des MCs. Des concentrations de cette toxine ainsi que le gène mcyE codant pour l’enzyme microcystine synthétase ont été détectés à chaque échantillonnage dans tous les lacs. L’azote, particulièrement sous sa forme organique dissoute (AOD) ainsi que la température de l’eau étaient les facteurs environnementaux expliquant le mieux les concentrations des MCs, tandis que la biomasse de Microcystis spp. était globalement le meilleur prédicteur. Le gène nifH codant pour l’enzyme nitrogénase (fixation d’azote) a aussi été détecté dans chaque échantillon. Malgré les concentrations faibles en azote inorganique dissous (AID) et les densités importantes d’hétérocystes, aucun transcrits du gène n’a été détecté par réverse-transcription (RT-PCR), indiquant que la fixation d’azote n’avait pas lieu à des niveaux détectables au moment de l’échantillonnage. De plus, le pyroséquençage révèle que les séquences des gènes nifH et mcyE correspondaient à différents taxons, donc que les cyanobactéries n’avaient pas la capacité d’effectuer les deux fonctions simultanément.

Diversité et structure du zooplancton : importance pour la conservation de la biodiversité aquatique en zone urbaine

L'écologie urbaine est un nouveau champ de recherche qui cherche à comprendre les structures et les patrons des communautés et des écosystèmes situés dans des paysages urbains. Les petits plans d’eau sont connus comme des écosystèmes aquatiques qui peuvent contenir une biodiversité considérable pour plusieurs groupes taxonomiques (oiseaux, amphibiens, macroinvertébrés), ce qui en fait des écosystèmes intéressants pour les études de conservation. Cependant, la biodiversité du zooplancton, un élément central des réseaux trophiques aquatiques, n’est pas entièrement connue pour les plans d’eaux urbains et devrait être mieux décrite et comprise. Cette étude a évalué les patrons de biodiversité des communautés zooplanctoniques dans des plans d’eau urbains sur l’Ile de Montréal et leurs sources de variation. Des suggestions pour l’évaluation et la conservation de la biodiversité sont aussi discutées. La biodiversité zooplanctonique des plans d’eaux urbains s’est avérée être assez élevée, avec les cladocères et les rotifères montrant les contributions à la diversité gamma et bêta les plus élevées. Sur l’ensemble des plans d’eau, il y avait une corrélation négative entre les contributions à la bêta diversité des cladocères et des rotifères. Au niveau de chaque plan d'eau, la zone littorale colonisée par des macrophytes s'est avérée être un habitat important pour la biodiversité zooplactonique, contribuant considérablement à la richesse en taxons, souvent avec une différente composition en espèces. Les communautés zooplanctoniques répondaient aux facteurs ascendants et descendants, mais aussi aux pratiques d’entretien, car le fait de vider les plans d’eau en hiver affecte la composition des communautés zooplanctoniques. Les communautés de cladocères dans ces plans d’eau possédaient des quantités variables de diversité phylogénétique, ce qui permet de les classer afin de prioriser les sites à préserver par rapport à la diversité phylogénétique. Le choix des sites à préserver afin de maximiser la diversité phylogénétique devrait être correctement établi, afin d’eviter de faire des choix sous-optimaux. Cependant, pour des taxons tels que les cladocères, pour lesquels les relations phylogénétiques demeurent difficiles à établir, placer une confiance absolue dans un seul arbre est une procédure dangereuse. L’incorporation de l’incertitude phylogénétique a démontré que, lorsqu’elle est prise en compte, plusieurs différences potentielles entre la diversité phylogenétique ne sont plus supportées. Les patrons de composition des communautés différaient entre les plans d’eau, les mois et les zones d’échantillonnage. Etant donné les intéractions sont significatives entres ces facters; ceci indique que tous ces facteurs devraient êtres considérés. L’urbanisation ne semblait pas sélectionner pour un type unique de composition des groupes alimentaires, étant donné que les communautés pouvaient changer entres des assemblages de types alimentaires différents. Les variables environnementales, surtout la couverture du plan d’eau en macrophytes, étaient des facteurs importants pour la biodiversité zooplanctonique, affectant la richesse spécifique de divers groupes taxonomiques et alimentaires. Ces variables affectaient aussi la composition des communautés, mais dans une moindre mesure, étant des variables explicatives modestes, ce qui indiquerait le besoin de considérer d’autres processus.

The role of fungi and bacteria on the organic matter decomposition process in streams: interaction and relevance in biofilms

L'objectiu d'aquest estudi és el d'investigar sobre l'ús de matèria orgànica per part dels fongs i bacteris que colonitzen diferents substrats bentònics en rius Mediterranis i analitzar l'efecte dels factors ambientals i antròpics sobre l'estabilitat estructural i funcional de les comunitats del biofilm. La metodologia emprada en aquest estudi consisteix en: i) anàlisi de la biomassa bacteriana i fúngica, ii) anàlisi de la composició de les comunitats bentòniques (identificació d'hifomicets aquàtics i anàlisi del 16S rDNA bacterià), i iii) anàlisi de l'activitat enzimàtica extracel·lular relacionada amb el reciclatge de matèria orgànica en rius.

Shifts in resident bird communities associated with cloud forest patch size in Central Veracruz, Mexico

Avian communities in cloud forests have high levels of endemism and are at major risk given the accelerated rate of habitat fragmentation. Nevertheless, the response of these communities to changes in fragment size remains poorly understood. We evaluated species richness, bird community density, community composition, and dominance as indicators of the response to fragment size in a fragmented cloud forest landscape in central Veracruz, Mexico. Medium-sized fragments had statistically higher than expected species richness and more even communities, which may be a reflection of the intermediate disturbance hypothesis, in which medium-sized fragments are exploited by both forest and disturbance-associated species. Bird density also reached higher values in medium-sized fragments, which may indicate a carrying capacity in this habitat. However, large cloud forest fragments had a distinct taxonomic and functional composition, attributable to an increased number of understory insectivore species and canopy frugivores. By comparison, omnivorous species associated with human-altered habitats were more abundant in smaller fragments. Hence, although medium-sized cloud forest fragments had higher species richness and high bird density, large forest tracts maintained a distinct avian community composition, particularly of insectivorous and frugivorous species. Furthermore, the underlying response to fragmentation can only be properly addressed when contrasting several community attributes, such as richness, density, composition, and species dominance. Therefore, cloud forest conservation should aim to preserve the remaining large forest fragments to maintain comprehensive avian communities and avoid local extinctions.

Shifts in rhizosphere microbial communities and enzyme activity of Poa alpina across an alpine chronosequence

This study quantifies the influence of Poa alpina on the soil microbial community in primary succession of alpine ecosystems, and whether these effects are controlled by the successional stage. Four successional sites representative of four stages of grassland development (initial, 4 years (non-vegetated); pioneer, 20 years; transition, 75 years; mature, 9500 years old) on the Rotmoos glacier foreland, Austria, were sampled. The size, composition and activity of the microbial community in the rhizosphere and bulk soil were characterized using the chloroform-fumigation extraction procedure, phospholipid fatty acid (PLFA) analysis and measurements of the enzymes beta-glucosidase, beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, leucine aminopeptidase, acid phosphatase and sulfatase. The interplay between the host plant and the successional stage was quantified using principal component (PCA) and multidimensional scaling analyses. Correlation analyses were applied to evaluate the relationship between soil factors (C-org, N-t, C/N ratio, pH, ammonium, phosphorus, potassium) and microbial properties in the bulk soil. In the pioneer stage microbial colonization of the rhizosphere of P. alpina was dependent on the reservoir of microbial species in the bulk soil. As a consequence, the rhizosphere and bulk soil were similar in microbial biomass (ninhydrin-reactive nitrogen (NHR-N)), community composition (PLFA), and enzyme activity. In the transition and mature grassland stage, more benign soil conditions stimulated microbial growth (NHR-N, total amount of PLFA, bacterial PLFA, Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria), and microbial diversity (Shannon index H) in the rhizosphere either directly or indirectly through enhanced carbon allocation. In the same period, the rhizosphere microflora shifted from a G(-) to a more G(+), and from a fungal to a more bacteria-dominated community. Rhizosphere beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, and sulfatase activity peaked in the mature grassland soil, whereas rhizosphere leucine aminopeptidase, beta-glucosidase, and phosphatase activity were highest in the transition stage, probably because of enhanced carbon and nutrient allocation into the rhizosphere due to better growth conditions. Soil organic matter appeared to be the most important driver of microbial colonization in the bulk soil. The decrease in soil pH and soil C/N ratio mediated the shifts in the soil microbial community composition (bacPLFA, bacPLFA/fungPLFA, G(-), G(+)/G(-)). The activities of beta-glucosidase, beta-xylosidase and phosphatase were related to soil ammonium and phosphorus, indicating that higher decomposition rates enhanced the nutrient availability in the bulk soil. We conclude that the major determinants of the microllora vary along the successional gradient: in the pioneer stage the rhizosphere microflora was primarily determined by the harsh soil environment; under more favourable environmental conditions, however, the host plant selected for a specific microbial community that was related to the dynamic interplay between soil properties and carbon supply. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Shifts in rhizosphere microbial communities and enzyme activity of Poa alpina across an alpine chronosequence

This study quantifies the influence of Poa alpina on the soil microbial community in primary succession of alpine ecosystems, and whether these effects are controlled by the successional stage. Four successional sites representative of four stages of grassland development (initial, 4 years (non-vegetated); pioneer, 20 years; transition, 75 years; mature, 9500 years old) on the Rotmoos glacier foreland, Austria, were sampled. The size, composition and activity of the microbial community in the rhizosphere and bulk soil were characterized using the chloroform-fumigation extraction procedure, phospholipid fatty acid (PLFA) analysis and measurements of the enzymes beta-glucosidase, beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, leucine aminopeptidase, acid phosphatase and sulfatase. The interplay between the host plant and the successional stage was quantified using principal component (PCA) and multidimensional scaling analyses. Correlation analyses were applied to evaluate the relationship between soil factors (C-org, N-t, C/N ratio, pH, ammonium, phosphorus, potassium) and microbial properties in the bulk soil. In the pioneer stage microbial colonization of the rhizosphere of P. alpina was dependent on the reservoir of microbial species in the bulk soil. As a consequence, the rhizosphere and bulk soil were similar in microbial biomass (ninhydrin-reactive nitrogen (NHR-N)), community composition (PLFA), and enzyme activity. In the transition and mature grassland stage, more benign soil conditions stimulated microbial growth (NHR-N, total amount of PLFA, bacterial PLFA, Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria), and microbial diversity (Shannon index H) in the rhizosphere either directly or indirectly through enhanced carbon allocation. In the same period, the rhizosphere microflora shifted from a G(-) to a more G(+), and from a fungal to a more bacteria-dominated community. Rhizosphere beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, and sulfatase activity peaked in the mature grassland soil, whereas rhizosphere leucine aminopeptidase, beta-glucosidase, and phosphatase activity were highest in the transition stage, probably because of enhanced carbon and nutrient allocation into the rhizosphere due to better growth conditions. Soil organic matter appeared to be the most important driver of microbial colonization in the bulk soil. The decrease in soil pH and soil C/N ratio mediated the shifts in the soil microbial community composition (bacPLFA, bacPLFA/fungPLFA, G(-), G(+)/G(-)). The activities of beta-glucosidase, beta-xylosidase and phosphatase were related to soil ammonium and phosphorus, indicating that higher decomposition rates enhanced the nutrient availability in the bulk soil. We conclude that the major determinants of the microllora vary along the successional gradient: in the pioneer stage the rhizosphere microflora was primarily determined by the harsh soil environment; under more favourable environmental conditions, however, the host plant selected for a specific microbial community that was related to the dynamic interplay between soil properties and carbon supply. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Plant species and functional group effects on abiotic and microbial soil properties and plant-soil feedback responses in two grasslands

1 Plant species differ in their capacity to influence soil organic matter, soil nutrient availability and the composition of soil microbial communities. Their influences on soil properties result in net positive or negative feedback effects, which influence plant performance and plant community composition. 2 For two grassland systems, one on a sandy soil in the Netherlands and one on a chalk soil in the United Kingdom, we investigated how individual plant species grown in monocultures changed abiotic and biotic soil conditions. Then, we determined feedback effects of these soils to plants of the same or different species. Feedback effects were analysed at the level of plant species and plant taxonomic groups (grasses vs. forbs). 3 In the sandy soils, plant species differed in their effects on soil chemical properties, in particular potassium levels, but PLFA (phospholipid fatty acid) signatures of the soil microbial community did not differ between plant species. The effects of soil chemical properties were even greater when grasses and forbs were compared, especially because potassium levels were lower in grass monocultures. 4 In the chalk soil, there were no effects of plant species on soil chemical properties, but PLFA profiles differed significantly between soils from different monocultures. PLFA profiles differed between species, rather than between grasses and forbs. 5 In the feedback experiment, all plant species in sandy soils grew less vigorously in soils conditioned by grasses than in soils conditioned by forbs. These effects correlated significantly with soil chemical properties. None of the seven plant species showed significant differences between performance in soil conditioned by the same vs. other plant species. 6 In the chalk soil, Sanguisorba minor and in particular Briza media performed best in soil collected from conspecifics, while Bromus erectus performed best in soil from heterospecifics. There was no distinctive pattern between soils collected from forb and grass monocultures, and plant performance could not be related to soil chemical properties or PLFA signatures. 7 Our study shows that mechanisms of plant-soil feedback can depend on plant species, plant taxonomic (or functional) groups and site-specific differences in abiotic and biotic soil properties. Understanding how plant species can influence their rhizosphere, and how other plant species respond to these changes, will greatly enhance our understanding of the functioning and stability of ecosystems.

Landscape context and habitat type as drivers of bee diversity in European annual crops

To better understand the dynamics of bee populations in crops, we assessed the effect of landscape context and habitat type on bee communities in annual entomophilous crops in Europe. We quantified bee communities in five pairs of crop-country: buckwheat in Poland, cantaloupe in France, field beans in the UK, spring oilseed rape in Sweden, and strawberries in Germany. For each country, 7-10 study fields were sampled over a gradient of increasing proportion of semi-natural habitats in the surrounding landscape. The CORINE land cover classification was used to characterize the landscape over a 3 km radius around each study field and we used multivariate and regression analyses to quantify the impact of landscape features on bee abundance and diversity at the sub-generic taxonomic level. Neither overall wild bee abundance nor diversity, taken as the number of sub-genera. was significantly affected by the proportion of semi-natural habitat. Therefore, we used the most precise level of the CORINE classification to examine the possible links between specific landscape features and wild bee communities. Bee community composition fell into three distinct groups across Europe: group I included Poland, Germany, and Sweden, group 2 the UK, and group 3 France. Among all three groups, wild bee abundance and sub-generic diversity were affected by 17 landscape elements including some semi-natural habitats (e.g., transitional wood land-shrub), some urban habitats (e.g., sport and leisure facilities) and some crop habitats (e.g., non-irrigated arable land). Some bee taxa were positively affected by urban habitats only, others by semi-natural habitats only, and others by a combination of semi-natural, urban and crop habitats. Bee sub-genera favoured by urban and crop habitats were more resistant to landscape change than those favoured only by semi-natural habitats. In agroecosystems, the agricultural intensification defined as the loss of semi-natural habitats does not necessarily cause a decline in evenness at the local level, but can change community composition towards a bee fauna dominated by common taxa. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Multitrophic effects of nutrient addition in upland grassland

Although the effects of nutrient enhancement on aquatic systems are well documented, the consequences of nutritional supplements on soil food webs are poorly understood, and results of past research examining bottom-up effects are often conflicting. In addition, many studies have failed to separate the effects of nutrient enrichment and the physical effects of adding organic matter. In this field study, we hypothesised that the addition of nitrogen to soil would result in a trophic cascade, through detritivores (Collembola) to predators (spiders), increasing invertebrate numbers and diversity. Nitrogen and lime were added to plots in an upland grassland in a randomised block design. Populations of Collembola and spiders were sampled by means of pitfall traps and identified to species. Seventeen species of Collembola were identified from the nitrogen plus lime (N + L) and control plots. Species assemblage, diversity, richness, evenness and total number were not affected by nutrient additions. However, there was an increase in the number of Isotomidae juveniles and Parisotoma anglicana trapped in the N + L plots. Of the 44 spider species identified, over 80% were Linyphiidae. An effect on species assemblage from the addition of N + L to the plots was observed on two of the four sampling dates (July 2002 and June 2003). The linyphiid, Oedothorax retusus, was the only species significantly affected by the treatments and was more likely to be trapped in the control plots. The increased number of juvenile Collembola, and change in community composition of spiders, were consequences of the bottom-up effect caused by nutrient inputs. However, despite efforts to eliminate the indirect effects of nutrient inputs, a reduction in soil moisture in the N + L plots cannot be eliminated as a cause of the invertebrate population changes observed. Even so, this experiment was not confounded by the physical effects of habitat structure reported in most previous studies. It provides evidence of moderate bottom-up influences of epigeic soil invertebrate food webs and distinguishes between nutrient addition and plant physical structure effects. It also emphasises the importance Of understanding the effects of soil management practices on soil biodiversity, which is under increasing pressure from land development and food production.

Linking bees and flowers: How do floral communities structure pollinator communities?

Pollinators provide essential ecosystem services, and declines in some pollinator communities around the world have been reported. Understanding the fundamental components defining these communities is essential if conservation and restoration are to be successful. We examined the structure of plant-pollinator communities in a dynamic Mediterranean landscape, comprising a mosaic of post-fire regenerating habitats, and which is a recognized global hotspot for bee diversity. Each community was characterized by a highly skewed species abundance distribution, with a few dominant and many rare bee species, and was consistent with a log series model indicating that a few environmental factors govern the community. Floral community composition, the quantity and quality of forage resources present, and the geographic locality organized bee communities at various levels: (1) The overall structure of the bee community (116 species), as revealed through ordination, was dependent upon nectar resource diversity (defined as the variety of nectar volume-concentration combinations available), the ratio of pollen to nectar energy, floral diversity, floral abundance, and post-fire age. (2) Bee diversity, measured as species richness, was closely linked to floral diversity (especially of annuals), nectar resource diversity, and post-fire age of the habitat. (3) The abundance of the most common species was primarily related to post-fire age, grazing intensity, and nesting substrate availability. Ordination models based on age-characteristic post-fire floral community structure explained 39-50% of overall variation observed in bee community structure. Cluster analysis showed that all the communities shared a high degree of similarity in their species composition (27-59%); however, the geographical location of sites also contributed a smaller but significant component to bee community structure. We conclude that floral resources act in specific and previously unexplored ways to modulate the diversity of the local geographic species pool, with specific disturbance factors, superimposed upon these patterns, mainly affecting the dominant species.

The promotion of grassland forb abundance: A chemical or biological solution?

Techniques that increase the biodiversity value of species-poor grassland are required if conservation targets aimed at reversing the decline in species-rich grassland are to be met. This study investigated the diversification of swards dominated by Lolium perenne by testing the efficacies of two treatments applied to reduce competitive exclusion of species introduced as seed. The 'biological' treatment was the addition of the hemiparasitic plant species introduced as seed. The 'biological' treatment was the application of a selective graminicide, fluazifop-P-butyl (Fusilade 250EW). Changes in plant community composition were monitored for a period of 2 years. Values of plant species richness increased significantly between years regardless of treatment, but to a greater extent in plots sown with R. minor. The number of established sown species and their richness and tended to promote unsown species rather than those introduced as seed. Overall, the R. minor treatment was associated with the greatest impact on sward composition, facilitating establishment and development of the introduced species and promoting forb abundance. (c) 2007 Gessellschaft fur Okologie. Published by Elsevier GmbH. All rights reserved.