Climate drives temporal replacement and nested‐resultant richness patterns of Scottish coastal vegetation

Beta diversity quantifies spatial and/or temporal variation in species composition. It is comprised of two distinct components, species replacement and nestedness, which derive from opposing ecological processes. Using Scotland as a case study and a β-diversity partitioning framework, we investigate temporal replacement and nestedness patterns of coastal grassland species over a 34-yr time period. We aim to 1) understand the influence of two potentially pivotal processes (climate and land-use changes) on landscape-scale (5 × 5 km) temporal replacement and nestedness patterns, and 2) investigate whether patterns from one β-diversity component can mask observable patterns in the other.

We summarised key aspects of climate driven macro-ecological variation as measures of variance, long-term trends, between-year similarity and extremes, for three important climatic predictors (minimum temperature, water-balance and growing degree-days). Shifts in landscape-scale heterogeneity, a proxy of land-use change, was summarised as a spatial multiple-site dissimilarity measure. Together, these climatic and spatial predictors were used in a multi-model inference framework to gauge the relative contribution of each on temporal replacement and nestedness patterns.

Temporal β-diversity patterns were reasonably well explained by climate change but weakly explained by changes in landscape-scale heterogeneity. Climate was shown to have a greater influence on temporal nestedness than replacement patterns over our study period, linking nestedness patterns, as a result of imbalanced gains and losses, to climatic warming and extremes respectively. Important climatic predictors (i.e. growing degree-days) of temporal β-diversity were also identified, and contrasting patterns between the two β-diversity components revealed.

Results suggest climate influences plant species recruitment and establishment processes of Scotland's coastal grasslands, and while species extinctions take time, they are likely to be facilitated by climatic perturbations. Our findings also highlight the importance of distinguishing between different components of β-diversity, disentangling contrasting patterns than can mask one another.

L’arbre de régression multivariable et les modèles linéaires généralisés revisités : applications à l’étude de la diversité bêta et à l’estimation de la biomasse d’arbres tropicaux

En écologie, dans le cadre par exemple d’études des services fournis par les écosystèmes, les modélisations descriptive, explicative et prédictive ont toutes trois leur place distincte. Certaines situations bien précises requièrent soit l’un soit l’autre de ces types de modélisation ; le bon choix s’impose afin de pouvoir faire du modèle un usage conforme aux objectifs de l’étude. Dans le cadre de ce travail, nous explorons dans un premier temps le pouvoir explicatif de l’arbre de régression multivariable (ARM). Cette méthode de modélisation est basée sur un algorithme récursif de bipartition et une méthode de rééchantillonage permettant l’élagage du modèle final, qui est un arbre, afin d’obtenir le modèle produisant les meilleures prédictions. Cette analyse asymétrique à deux tableaux permet l’obtention de groupes homogènes d’objets du tableau réponse, les divisions entre les groupes correspondant à des points de coupure des variables du tableau explicatif marquant les changements les plus abrupts de la réponse. Nous démontrons qu’afin de calculer le pouvoir explicatif de l’ARM, on doit définir un coefficient de détermination ajusté dans lequel les degrés de liberté du modèle sont estimés à l’aide d’un algorithme. Cette estimation du coefficient de détermination de la population est pratiquement non biaisée. Puisque l’ARM sous-tend des prémisses de discontinuité alors que l’analyse canonique de redondance (ACR) modélise des gradients linéaires continus, la comparaison de leur pouvoir explicatif respectif permet entre autres de distinguer quel type de patron la réponse suit en fonction des variables explicatives. La comparaison du pouvoir explicatif entre l’ACR et l’ARM a été motivée par l’utilisation extensive de l’ACR afin d’étudier la diversité bêta. Toujours dans une optique explicative, nous définissons une nouvelle procédure appelée l’arbre de régression multivariable en cascade (ARMC) qui permet de construire un modèle tout en imposant un ordre hiérarchique aux hypothèses à l’étude. Cette nouvelle procédure permet d’entreprendre l’étude de l’effet hiérarchisé de deux jeux de variables explicatives, principal et subordonné, puis de calculer leur pouvoir explicatif. L’interprétation du modèle final se fait comme dans une MANOVA hiérarchique. On peut trouver dans les résultats de cette analyse des informations supplémentaires quant aux liens qui existent entre la réponse et les variables explicatives, par exemple des interactions entres les deux jeux explicatifs qui n’étaient pas mises en évidence par l’analyse ARM usuelle. D’autre part, on étudie le pouvoir prédictif des modèles linéaires généralisés en modélisant la biomasse de différentes espèces d’arbre tropicaux en fonction de certaines de leurs mesures allométriques. Plus particulièrement, nous examinons la capacité des structures d’erreur gaussienne et gamma à fournir les prédictions les plus précises. Nous montrons que pour une espèce en particulier, le pouvoir prédictif d’un modèle faisant usage de la structure d’erreur gamma est supérieur. Cette étude s’insère dans un cadre pratique et se veut un exemple pour les gestionnaires voulant estimer précisément la capture du carbone par des plantations d’arbres tropicaux. Nos conclusions pourraient faire partie intégrante d’un programme de réduction des émissions de carbone par les changements d’utilisation des terres.

Dynamique des communautés végétales et impacts des perturbations humaines sur la végétation des tourbières.

Ce mémoire visait à comprendre la dynamique temporelle et les patrons floristiques actuels de deux tourbières du sud-ouest du Québec (Small et Large Tea Field) et à identifier les facteurs anthropiques, environnementaux et spatiaux sous-jacents. Pour répondre aux objectifs, des inventaires floristiques anciens (1985) ont d’abord été comparés à des inventaires récents (2012) puis les patrons actuels et les facteurs sous-jacents ont été identifiés à l’aide d’analyses multi-variables. Mes résultats montrent d’abord qu’un boisement important s’est produit au cours des 30 dernières années dans les tourbières à l’étude, probablement en lien avec le drainage des terres agricoles avoisinantes, diminuant la hauteur de la nappe phréatique. Simultanément, les sphaignes ont proliférées dans le centre des sites s’expliquant par une recolonisation des secteurs ayant brûlés en 1983. D’autre part, mes analyses ont montré que les patrons floristiques actuels étaient surtout liés aux variables environnementales (pH et conductivité de l’eau, épaisseur des dépôts), bien que la variance associée aux activités humaines était aussi significative, notamment dans la tourbière Large (18.6%). Les patrons floristiques ainsi que les variables environnementales et anthropiques explicatives étaient aussi fortement structurés dans l’espace, notamment selon un gradient bordure-centre. Enfin, la diversité béta actuelle était surtout liée à la présence d’espèces non-tourbicoles ou exotiques. Globalement, cette étude a montré que les perturbations humaines passées et actuelles avaient un impact important sur la dynamique et la distribution de la végétation des tourbières Small et Large Tea Field.

La conservation de la biodiversité dans les aires protégées en zones périurbaines : dynamique des communautés végétales au parc national du Mont-Saint-Bruno entre 1977 et 2013

Ce mémoire visait à déterminer si un petit parc périurbain, en l’occurrence le Parc national du Mont-Saint-Bruno, est parvenu à maintenir l’intégrité de sa flore au cours des trente dernières années en dépit de pressions humaines croissantes et de perturbations naturelles passées, en plus d’identifier les principaux changements floristiques survenus au cours de cette période et les facteurs responsables. Pour répondre à ces objectifs, une étude historique a été réalisée, en comparant un inventaire floristique ancien (1977) à un inventaire récent (2013). Mes résultats montrent d’abord une forte croissance de la diversité alpha indigène au cours des 35 dernières années, accompagnée d’un déclin significatif de la diversité bêta (30%). Malgré cette homogénéisation taxonomique, la diversité fonctionnelle de la flore forestière s’est accrue, la rendant probablement plus résiliente aux événements perturbateurs. D’autre part, mes analyses ont révélé la progression de traits fonctionnels souvent associés à des habitats forestiers intensément broutés, révélant une certaine influence du cerf de Virginie sur la composition et la structure de la flore forestière. Enfin, mes résultats ont montré que les herbiers botaniques se révèlent être une alternative fiable aux méthodes traditionnelles pour documenter et évaluer l’impact des grands herbivores sur la morphologie des plantes broutées. Au final, cette étude a montré que les petites aires protégées périurbaines peuvent jouer un rôle majeur dans la préservation de la diversité floristique d’habitats forestiers d’intérêt, particulièrement lorsque leur statut de protection permet d’encadrer de manière stricte les activités humaines.

Chicken Caecal Microbiome Modifications Induced by Campylobacter jejuni Colonization and by a Non-Antibiotic Feed Additive

Campylobacter jejuni is an important zoonotic foodborne pathogen causing acute gastroenteritis in humans. Chickens are often colonized at very high numbers by C. jejuni, up to 109 CFU per gram of caecal content, with no detrimental effects on their health. Farm control strategies are being developed to lower the C. jejuni contamination of chicken food products in an effort to reduce human campylobacteriosis incidence. It is believed that intestinal microbiome composition may affect gut colonization by such undesirable bacteria but, although the chicken microbiome is being increasingly characterized, information is lacking on the factors affecting its modulation, especially by foodborne pathogens. This study monitored the effects of C. jejuni chicken caecal colonization on the chicken microbiome in healthy chickens. It also evaluated the capacity of a feed additive to affect caecal bacterial populations and to lower C. jejuni colonization. From day-0, chickens received or not a microencapsulated feed additive and were inoculated or not with C. jejuni at 14 days of age. Fresh caecal content was harvested at 35 days of age. The caecal microbiome was characterized by real time quantitative PCR and Ion Torrent sequencing. We observed that the feed additive lowered C. jejuni caecal count by 0.7 log (p<0.05). Alpha-diversity of the caecal microbiome was not affected by C. jejuni colonization or by the feed additive. C. jejuni colonization modified the caecal beta-diversity while the feed additive did not. We observed that C. jejuni colonization was associated with an increase of Bifidobacterium and affected Clostridia and Mollicutes relative abundances. The feed additive was associated with a lower Streptococcus relative abundance. The caecal microbiome remained relatively unchanged despite high C. jejuni colonization. The feed additive was efficient in lowering C. jejuni colonization while not disturbing the caecal microbiome.

Impacts de l'urbanisation sur la diversité spécifique et fonctionnelle dans les forêts riveraines

L'urbanisation représente une menace majeure pour la biodiversité. Ce mémoire de maîtrise vise à comprendre ses effets sur la composition fonctionnelle et l'homogénéisation biotique dans les forêts riveraines. Des inventaires floristiques ont été réalisés dans 57 forêts riveraines de la région de Montréal. Afin d'étudier la variation de la composition fonctionnelle avec l'urbanisation, des moyennes pondérées de traits par communauté ont été calculées pour les arbres, arbustes et herbacées. Chaque forêt a été caractérisée par des variables relatives au paysage urbain environnant, aux conditions locales des forêts et aux processus spatiaux. Les conditions locales, notamment les inondations, exerçaient une pression de sélection dominante sur les traits. L'effet du paysage était indirect, agissant via l'altération des régimes hydrologiques. La dispersion le long des rivières était aussi un processus important dans la structuration des forêts riveraines. Les changements dans la diversité β taxonomique et fonctionnelle des herbacées ont été étudiés entre trois niveaux d'urbanisation et d'inondation. Alors que l'urbanisation a favorisé une différenciation taxonomique, les inondations ont favorisé une homogénéisation taxonomique, sans influencer la diversité β fonctionnelle. L'urbanisation était l'élément déclencheur des changements de la diversité β, directement, en causant un gain en espèces exotiques et une diminution de la richesse totale dans les forêts très urbanisées, et, indirectement, en entraînant un important turnover d'espèces par l'altération des régimes hydrologiques. Globalement, ces résultats suggèrent que la modification des processus naturels par les activités anthropiques est le principal moteur de changements dans les communautés riveraines urbaines.

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.

Arthropod community structure in pastures of an island archipelago (Azores): looking for local-regional species richness patterns at fine-scales

The arthropod species richness of pastures in three Azorean islands was used to examine the relationship between local and regional species richness over two years. Two groups of arthropods, spiders and sucking insects, representing two functionally different but common groups of pasture invertebrates were investigated. The local-regional species richness relationship was assessed over relatively fine scales: quadrats (= local scale) and within pastures (= regional scale). Mean plot species richness was used as a measure of local species richness (= alpha diversity) and regional species richness was estimated at the pasture level (= gamma diversity) with the 'first-order-Jackknife' estimator. Three related issues were addressed: (i) the role of estimated regional species richness and variables operating at the local scale (vegetation structure and diversity) in determining local species richness; (ii) quantification of the relative contributions of alpha and beta diversity to regional diversity using additive partitioning; and (iii) the occurrence of consistent patterns in different years by analysing independently between-year data. Species assemblages of spiders were saturated at the local scale (similar local species richness and increasing beta-diversity in richer regions) and were more dependent on vegetational structure than regional species richness. Sucking insect herbivores, by contrast, exhibited a linear relationship between local and regional species richness, consistent with the proportional sampling model. The patterns were consistent between years. These results imply that for spiders local processes are important, with assemblages in a particular patch being constrained by habitat structure. In contrast, for sucking insects, local processes may be insignificant in structuring communities.

The value of sown grass margins for enhancing soil macrofaunal biodiversity in arable systems

The presence of a grass strip was found to be beneficial to soil macrofauna, increasing the species densities and abundances of earthworms, woodlice and staphylinid beetles. The biodiversity of the three main feeding groups - predators, soil ingesters and litter consumers - was also significantly higher in the grass strips than in the field edges without strips, indicating that establishment of grassy margins in arable fields may enhance ecosystem services such as soil fertility and pest control. The grass strip habitat contained a large number of species of soil macrofauna, being second only to hedgerow habitat, with 10% of the total species list for the farm found only within the margins. Of the rare species recorded on the farm, five of the nine were from the grass strips, four of which were found only there. This study shows that establishing grassy strips in the margins of arable fields increases the biodiversity of the soil macrofauna, both within fields (alpha diversity) and across the farm (beta diversity). (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

The value of arable field margins for enhancing soil macrofaunal biodiversity in agroecosystems

The presence of a grass strip was found to be beneficial to soil macrofauna, increasing the species densities and abundances of earthworms, woodlice and staphylinid beetles. The biodiversity of the three main feeding groups – predators, soil ingesters and litter consumers – was also significantly higher in the grass strips than in the field edges without strips, indicating that establishment of grassy margins in arable fields may enhance ecosystem services such as soil fertility and pest control. The grass strip habitat contained a large number of species of soil macrofauna, being second only to hedgerow habitat, with 10% of the total species list for the farm found only within the margins. Of the rare species recorded on the farm, five of the nine were from the grass strips, four of which were found only there. This study shows that establishing grassy strips in the margins of arable fields increases the biodiversity of the soil macrofauna, both within fields (alpha diversity) and across the farm (beta diversity).

Assessment of the ichthyofauna in stretches under the influence of Salto Grande Reservoir (Middle Paranapanema River, SP/PR, Brazil).

Aim: To analyze the composition, species richness and spatial distribution of the fish fauna in the area under influence of the Salto Grande Reservoir; Methods: Fish were caught every two months from November/05 to October/06, using gill nets, seining nets and sieve; Results: It was registered 67 fish species, 1,964 individuals and 146.2 kg, representing CPUEn of 1,964 and CPUEb of 278 kg. The most representative orders were Characiformes, with 29 species, Siluriformes (21 species) and Perciformes (11 species) Nine non-native species were registered. The most abundant species in the reservoir were Astyanax altiparanae, Steindachnerina insculpta and Acestrorhynchus lacustris, indicating the predominance of medium and small fishes in this reservoir. The dendrogram of similarity separated the Dam and Pedra Branca stretches from Pardo River Mouth, indicating differences in the assemblages. The species turnover among the stretches was demonstrated by the beta diversity, which may be related to the diversity of habitat; Conclusions: Although being a small reservoir, it displays great habitat diversity, reflecting in the composition and structure of fish assemblages.

Spatio-temporal segregation and size distribution of fish assemblages as related to non-native species occurrence in the middle rio Doce Valley, MG, Brazil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Influence of the environmental heterogeneity of breeding ponds on anuran assemblages from southeastern Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Similarity of ground-dwelling anuran (Amphibia) composition among different vegetation physiognomies in a Mesophytic Semideciduous Forest from southeastern Brazil

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Hung Out to Dry: Choice of Priority Ecoregions for Conserving Threatened Neotropical Anurans Depends on Life-History Traits

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)