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Are Distribution Patterns Correlated with Plant Traits?

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thesis
posted on 2021-11-12, 11:05 authored by Magana-Rodriguez, Benjamin

The current crisis in loss of biodiversity requires rapid action. Knowledge of species' distribution patterns across scales is of high importance in determining their current status. However, species display many different distribution patterns on multiple scales. A positive relationship between regional (broad-scale) distribution and local abundance (fine-scale) of species is almost a constant pattern in macroecology. Nevertheless interspecific relationships typically contain much scatter. For example, species that possess high local abundance and narrow ranges, or species that are widespread, but locally rare. One way to describe these spatial features of distribution patterns is by analysing the scaling properties of occupancy (e.g., aggregation) in combination with knowledge of the processes that are generating the specific spatial pattern (e.g., reproduction, dispersal, and colonisation). The main goal of my research was to investigate if distribution patterns correlate with plant life-history traits across multiple scales. First, I compared the performance of five empirical models for their ability to describe the scaling relationship of occupancy in two datasets from Molesworth Station, New Zealand. Secondly, I analysed the association between spatial patterns and life history traits at two spatial scales in an assemblage of 46 grassland species in Molesworth Station. The spatial arrangement was quantified using the parameter k from the Negative Binomial Distribution (NBD). Finally, I investigated the same association between spatial patterns and life-history traits across local, regional and national scales, focusing in one of the most diverse families of plant species in New Zealand, the Veronica sect. Hebe (Plantaginaceae). The spatial arrangement was investigated using the mass fractal dimension. Cross-species correlations and phylogenetically independent contrasts were used to investigate the relationships between plant life-history traits and spatial patterns on both data bases. There was no superior occupancy-area model overall for describing the scaling relationship, however the results showed that a variety of occupancy-area models can be fit to different data sets at diverse spatial scales using nonlinear regression. Additionally, here I showed that it is possible to deduce and extrapolate information on occupancy at fine scales from coarse-scale data. For the 46 plantassemblage in Molesworth Station, Specific leaf area (SLA) exhibits a positive association with aggregation in cross-species analysis, while leaf area showed a negative association, and dispersule mass a positive correlation with degree of aggregation in phylogenetic contrast analysis at a local-scale (20 × 20 m resolution). Plant height was the only life-history trait that was associated with degree of aggregation at a regional-scale (100 × 60 mresolution). For the Veronica sect. Hebe dataset, leaf area showed a positive correlation with aggregation while specific leaf area showed a negative correlation with aggregation at a fine local-scale (2.5-60 m resolution). Inflorescence length, breeding system and leaf area showed a negative correlation with degree of aggregation at a regional-scale (2.5-20 km resolution). Height was positively associated with aggregation at national-scale (20-100 km resolution). Although life-history traits showed low predictive ability in explaining aggregation throughout this thesis, there was a general pattern about which processes and traits were important at different scales. At local scales traits related to dispersal and completion such as SLA , leaf area, dispersule mass and the presence of structures in seeds for dispersal, were important; while at regional scales traits related to reproduction such as breeding system, inflorescence length and traits related to dispersal (seed mass) were significant. At national scales only plant height was important in predicting aggregation. Here, it was illustrated how the parameters of these scaling models capture an important aspect of spatial pattern that can be related to other macroecological relationships and the life-history traits of species. This study shows that when several scales of analysis are considered, we can improve our understanding about the factors that are related to species' distribution patterns.

History

Copyright Date

2012-01-01

Date of Award

2012-01-01

Publisher

Te Herenga Waka—Victoria University of Wellington

Rights License

Author Retains Copyright

Degree Discipline

Ecology and Biodiversity

Degree Grantor

Te Herenga Waka—Victoria University of Wellington

Degree Level

Doctoral

Degree Name

Doctor of Philosophy

Victoria University of Wellington Item Type

Awarded Doctoral Thesis

Language

en_NZ

Alternative Description

La actual pérdida de biodiversidad exige actuar de manera rápida para frenarla. El conocimiento de los patrones de distribución de las species es de gran importancia en la determinación de su estado actual. Sin embargo, las especies muestran muchos patrones de distribución en diferentes escalas. La relación positiva entre la distribución regional (a escalas gruesas) y la abundancia local (a escalas finas) de las especies, es casi un patrón constante en macroecología. Sin embargo, las relaciones intraespecíficas contienen mucha variación entre escalas. Por ejemplo, hay especies que tienen mayor abundancia local y distribución restringida, o especies que tienen amplia distribución pero que son poco abundantes a escala local. Una forma de describir estas propiedades espaciales de los patrones de distribución es mediante el análisis de las propiedades de escalamiento de ocurrencia de las especies (por ejemplo, la agregación de especies), en combinación con el conocimiento de los procesos que están generando los patrones espaciales (por ejemplo, reproducción, dispersión y colonización). El objetivo principal de mi investigación fue analizar si los patrones de distribución tienen correlación con atributos funcionales de las plantas en diferentes tamaños de escala. En primer lugar, se compare el desempeño de cinco modelos para determinar su capacidad para describir la relación de escalamiento de la ocurrencia de especies en dos bases de datos de Molesworth Station, Nueva Zelanda. En Segundo lugar, se analizó la asociación entre los patrones espaciales a escala local y regional, así como los atributos funcionales en un ensamble de 46 especies de pastizal en Molesworth Station. La distribución espacial se cuantificó usando el parámetro k del modelo de distribución negativa binomial. Finalmente, se analizó la misma asociación entre patrones espaciales y atributos funcionales a escalas locales, regionales y nacionales, centrándose en una de las familias de plantas más diversas en Nueva Zelanda, la familia Plantaginaceae (Veronica sect. Hebe). La distribución espacial se analizó utilizando el índice de la geometría fractal. Se utilizaron dos tipos de correlaciones para investigar las relaciones entre atributos funcionales y patrones espaciales: correlaciones tomando en cuenta la filogenia y correlaciones sin tomar en cuenta la filogenia, en ambas bases de datos. Los resultados muestran que no hubo un modelo superior de ocurrencia-área para describir la relación de escalamiento. Sin embargo, se demostró que los modelos de ocurrencia-área pueden ajustarse a diferentes bases de datos utilizando regresión no lineal. Además, en esta tesis se demostró que es posible deducir y extrapolar información de la ocurrencia de especies a escalas finas a partir de escalas más gruesas. Para el ensamble de 46 especies de plantas en Molesworth Station, el área foliar específica (AFE) muestra una asociación positiva con la agregación de especies (sin tomar en cuenta la filogenia), mientras que el área foliar mostró una asociación negativa, y el tamaño de los propágulos mostró una correlación positiva con los patrones de distribución tomando en cuenta la filogenia a escala local (resolución de 20 × 20 m). La altura de las plantas fue el único atributo functional que estuvo asociado con patrones dedistribución a escala regional (resolución de 100 × 60 m). En las especies pertenecientes al grupo Veronica sect. Hebe, el tamaño de hoja mostró una correlación positive con la agregación de especies, mientras que el área foliar específica mostró una correlación negativa con la agregación de especies a escala local (resolución de 2.5-60 m). El tamaño de la inflorescencia, el tipo de sexualidad de las plantas y el tamaño de la hoja mostraron una correlación negativa con los patrones de distribución a escala regional (resolución de 2.5-20 km). La altura estuvo asociada positivamente con los patrones de distribución a escala nacional (resolución de 20- 100 km). Aunque los atributos funcionales mostraron baja capacidad predictiva para explicar los patrones de distribución, en esta tesis se demostró cómo los parámetros de estos modelos de escalamiento pueden capturar un aspecto importante de los patrones espaciales que puede ser afines con otras relaciones macroecológicas y con los atributos funcionales de las especies. Este estudio muestra que cuando se consideran escalas de diferentes tamaños en los análisis, se puede mejorar nuestra comprensión de los factores relacionados con los patrones de distribución de las especies.

Victoria University of Wellington School

School of Biological Sciences

Advisors

Hartley, Stephen; Garnock-Jones, Phil; Moles, Angela