Spatiotemporal dynamics of avian communities

Abstract

Community ecology is the study of how different species interact with each other and their environment in a given habitat. In the face of rapid biodiversity loss, community ecology studies are more important than ever. Determining the factors governing the intricate interplay of species and their environment is the foundation for taking appropriate actions. Species such as birds, for which uniquely precise and complete community time-series data exists, can help us understand also how other species are faring.

This thesis is a collection of three research papers, which are summarized and synthesized in a synopsis. Throughout the thesis, the application of multivariate statistical models that account for the joint dynamics of multiple species has been central. My thesis aimed to address key questions in community ecology by investigating the drivers of community changes over time and space using large-scale, long-term time-series abundance data on European bird communities.

We found that the different species’ population sizes were strongly influenced by the number of individuals in previous years (within-species density dependence). Between-species interactions, such as competition, did not visibly shape today’s community structure. However, competition can in the past have led species to become established in their current niches. Also, community structure largely stayed similar over the studied time-period. For instance, species which were abundant or rare at the beginning of the observation period were often similarly abundant or rare later on as well. This is a further indication that the species are currently established in their respective niches.

Environmental variables, like temperature and precipitation, had a smaller influence on bird community dynamics. (Note that the effect of both competition and environmental variables still pose a very real influence for the individual animals!). We also found that species living in forests might be more protected against the influence of environmental perturbations. Different species can be influenced to different degrees by environmental perturbations, depending on their specific adaptations and characteristics. We observed that communities in which a species-specific response to the environment contributed more to the observed community structure simultaneously seem to be more species rich. In general, the more synchronous species respond to extrinsic factors, the more vulnerable the community becomes to such perturbations, which can affect biodiversity negatively.

We also studied the relationship between species richness (the number of species in a community), evenness (how balanced the abundance of species is within a community) and primary productivity. We found no relationship between the number of species in the community and how balanced their abundance is. One could expect to see more species the more productive the area is, but we found that the richness-productivity relationship was not linear. Evenness was not related to productivity. Other factors, such as habitat complexity, are likely to influence these patterns as well.

Sammendrag

Samfunnsøkologi er studiet av samspillet mellom ulike arter og deres miljø i et gitt habitat. Sett i lys av det raske tapet av biologisk mangfold er studier av samfunnsøkologi viktigere enn noensinne. For å kunne iverksette nødvendige tiltak er det viktig å avdekke hvilke faktorer som styrer det intrikate samspillet mellom artene og omgivelsene. Det finnes enestående presise og komplette tidsseriedata for fugler, og dermed kan studiet av fugler også hjelpe oss med å forstå hvordan det går med andre arter.

Denne avhandlingen er en samling av tre forskningsartikler, som er oppsummert og sammenfattet i et sammendrag. Bruk av multivariate statistiske modeller som tar hensyn til felles dynamikk for mange arter, kombinert med langtids- og storskala tidsseriedata av høy kvalitet har vært sentralt i hele avhandlingen. Målet med avhandlingen var å finne svar på sentrale spørsmål innen samfunnsøkologi ved å undersøke driverne bak endringer i fuglesamfunn over tid og rom.

Vi kunne se at de ulike artenes bestandsstørrelser var sterkt påvirket av antall individer i foregående år (tetthetsavhengighet innad i arten). Interaksjoner mellom artene, som for eksempel konkurranse, formet ikke dagens samfunnsstruktur på en synlig måte. Konkurranse i fortiden kan imidlertid ha ført til at arter har blitt etablert i sine nåværende nisjer. Samfunnsstrukturen var også i stor grad lik i løpet av den studerte tidsperioden. For eksempel var arter som var tallrike eller sjeldne i begynnelsen av observasjonsperioden ofte like tallrike eller sjeldne senere. Dette er en ytterligere indikasjon på at artene nå er etablert i sine respektive nisjer.

Miljøvariabler, som temperatur og nedbør, hadde mindre innflytelse på dynamikken i fuglesamfunnet. (Men merk at effekten av både konkurranse og miljøvariabler fortsatt har en reell innvirkning på de enkelte dyrene!). Vi observerte også at arter som lever i skog kan være bedre beskyttet mot påvirkning fra miljøforstyrrelser. Ulike arter kan påvirkes i ulik grad av miljøforstyrrelser, avhengig av artenes spesifikke tilpasninger og egenskaper. Vi observerte større artsrikdom i samfunn der en artsspesifikk respons på miljøet bidro mer til den observerte samfunnsstrukturen. Generelt kan vi si at jo mer synkront artene responderer til ytre faktorer, desto mer sårbart blir samfunnet for slike forstyrrelser, noe som kan påvirke det biologiske mangfoldet negativt.

Vi studerte også sammenhengen mellom artsrikdom (antall arter i et samfunn), jevnhet (hvor balansert forekomsten av arter er i et samfunn) og primærproduktivitet. Vi fant ingen sammenheng mellom artsrikdommen i et samfunn og hvor balansert dets artsmangfold er. Man kunne kanskje forvente å se flere arter jo mer produktivt området er, men vi fant at denne sammenhengen ikke var lineær, og jevnhet var ikke relatert til produktivitet. Andre faktorer, som for eksempel habitatets kompleksitet, påvirker trolig også disse mønstrene.