Species pool size and realized species richness affect productivity differently: A modeling study

Mgr. Terezie RYCHTECKÁ

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Current and expected decline in biodiversity have motivated a number of experiments studying how biodiversity affects ecosystem functioning. The positive relationship is usually found in experiments where species pool is manipulated; the relationship between productivity and realized species richness does not show any single trend. We constructed a simple competition model for a plant community based on the classical LotkaVolterra equations, with randomly generated parameters. We varied the species pool size and intensity of competition (range of competition coefficients). Then, we compared two measures of diversity used as predictors of productivity: (1) the size of the species pool and (2) the realized species richness, i.e. the number of species that remained in the system after competitive exclusion. Simulation results showed that productivity was always positively affected by the size of the species pool. With increasing species pool, both the selection effect and complementarity increase. The relationship between realized species richness and productivity was extremely weak within a set of simulations with a fixed species pool (i.e.where the diversity gradient was caused only by differences in the randomly generated parameters). The relationship between realized species richness and productivity was slightly positive for small species pool sizes and slightly negative for larger species pools. A species with high carrying capacity within the generated set of species usually decreases the chance of other species to survive but increases the productivity of the mixture, leading to negative diversity productivity relationship. On the contrary, presence of highly complementary species (i.e. species with low mutual competition coefficients) increases both, the realized species richness and productivity, leading to positive diversity productivity relationship. These two effects mostly counterbalance each other. These trends are not affected by the competition intensity.

Abstract:

V současnosti dochází k poklesu druhové rozmanitosti a tento fakt byl motivací pro velké množství prací zabývajících se vlivem druhové romanitosti (diversity) na fungování ekosystémů (produktivitu). Pozitivní vztah mezi diversitou a produktivitou byl obvykle zjištěn v pokusech, kde bylo manipulováno velikostí zásobníku druhů, avšak vztah mezi realizovanou diversitou a produktivitou nevykazoval jednotný trend. Navrhli jsme jednoduchý kompetiční model rostlinného společenstva pracující na základě klasických Lotka-Volterrových rovnic, s náhodně generovanými vstupními parametry. V tomto modelu jsme měnili velikost zásobníku druhů a intenzitu kompetice mezi druhy (rozsah hodnot kompetičních koeficientů). Následně jsme porovnávali dvě možné definice diversity, které se používají jako prediktory produktivity: 1) velikost zásobníku druhů a 2) realizovanou diversitu, tj. počet druhů, které se udržely ve společenstvu poté, co došlo ke kompetičnímu vyloučení. Výsledky našich simulací ukázaly, že produktivita byla vždy pozitivně ovlivněna velikostí zásobníku druhů. S rostoucí velikostí zásobníku druhů rostly taktéž selekční efekt a efekt komplementarity. Vztah mezi realizovanou diversitou a produktivitou byl velmi slabý v rámci simulací s jednotnou velikostí zásobníku druhů (tj. v případě, kdy gradient realizované diversity byl způsoben pouze rozdíly v náhodně generovaných vstupních parametrech modelu). Vztah mezi realizovanou diversitou a produktivitou byl mírně pozitivní pro malé zásobníky druhů a mírně negativní pro velké zásobníky druhů. Druhy s vysokou nosnou kapacitou v rámci generovaného společenstva obvykle snižují šanci ostatních druhů na přežití, ale zároveň zvyšují produktivitu společenstva, což vede k negativnímu vztahu mezi diversitou a produktivitou. Oproti tomu přítomnost vysoce komplementárních druhů (druhů se vzájemně nízkými kompetičními koeficienty) zvyšuje jak diversitu, tak produktivitu a ve výsledků způsobuje pozitivní vztah mezi diversitou a produktivitou. Tyto dva efekty se z větší části vzájemně vyruší. Pozorované trendy nebyly ovlivněny intenzitou kompetice v modelu.

Keywords

Biodiversita, fungování ekosystémů, vztah mezi diversitou a produktivitou, simulační model

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 8. 2014

Accessible from:: 12. 8. 2014

Thesis defence

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Science

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Botany / Botanika