Large-scale diversity patterns of vascular epiphytes in Neotropical montane rain forests

Authors


Wolfgang Küper, Nees-Institute for the Biodiversity of Plants, University of Bonn, Meckenheimer Allee 170, D-53115 Bonn, Germany.
E-mail: wk@uni-bonn.de

Abstract

Aim  Epiphytes contribute up to 30% to the number of vascular plant species in certain global biodiversity hotspots, e.g. the Ecuadorian Andes. However, their large scale diversity patterns are still discussed on the base of results from a few, local epiphyte inventories. Consequently, explanatory models on epiphyte diversity concentrate on the impact of local climate on small scale epiphyte species richness. Our aim was to analyse large scale elevational patterns of epiphyte diversity integrating data from different geographic scales.

Location  Tropical America, with special emphasis on the Ecuadorian Andes.

Methods  Our study is based on two data sources. First, we analysed the elevational patterns of epiphyte diversity based on the Catalogue of the Vascular Plants of Ecuador and the Libro Rojo de las Plantas Endèmicas del Ecuador. Secondly, the floristic turnover between the epiphyte inventories of seven montane and four lowland study sites in the Neotropics was analysed.

Results  The floristic turnover between Neotropical montane epiphyte floras is higher than the one between lowland epiphyte floras. Montane study sites located only a few kilometres apart from each other show considerable differences in their epiphyte species inventories. Irrespectively of their similar dispersal mode, the floristic turnover is much higher for orchids than for Pteridophyta. The Orchidaceae are the species richest group in all of the examined 11 Neotropical epiphyte floras. At the larger scale of the Ecuadorian Flora, c. 50% of the species in the elevational zone with maximum epiphyte diversity (between 1000 and 1500 m) are orchids. Elevational patterns of epiphyte diversity strongly reflect patterns of Orchidaceae.

Main conclusions  Our results support the observation of a ‘mid-elevation bulge’ of epiphyte diversity by Gentry and Dodson. It has been frequently shown that the high humidity in mid-elevations is suitable to maintan a high epiphyte species richness. Our findings show that in addition, large scale epiphyte diversity in montane rain forest is increased by the high floristic turnover at local and regional scale. Based on the importance of Orchidaceae for epiphyte diversity, we discuss that speciation processes corresponding to the highly diverse environment are a driving force for endemism, floristic heterogeneity and consequently for large scale epiphyte species richness in montane forests.

Resumen

Objetivo  Epífitas contribuyen hasta un 30% al número de especies de plantas vasculares en ciertos centros de biodiversidad de importancia global, por ejemplo los Andes ecuatorianos. A pesar de esto, sus patrones de diversidad a escala grande se discuten todavía a base de resultados de pocos inventarios locales. En consequencia, modelos explicatorios de la diversidad de epífitas se concentran en el impacto del clima al número de especies epífitas a escala local. Por eso, nuestro objetivo era un análisis de los patrones altitudinales de la diversidad y del endemismo de epífitas, integrando datos de diferentes escalas geográficas.

Lugar  America tropical, especialmente los Andes ecuatorianos.

Métodos  Nuestro estudio está basado en dos fuentes de datos. Por un lado analizamos los patrones altitudinales de la diversidad de epífitas basado en el Catálogo de las Plantas Vasculares del Ecuador y el Libro Rojo de las Plantas Endémicas del Ecuador. Por otro lado analizamos el turnover florístico entre los inventarios de epífitas de once sitios de investigación neotropicales, siete de bosques montanos y cuatro de bosques de tierras bajas.

Resultados  El turnover florístico entre inventarios neotropicales de epífitas es mayor en bosques montanos que en bosques de tierras bajas. Sitios de investigación montanos con una distancia de unos pocos kilómetros entre si demuestran diferencias considerables en sus inventarios de especies epífitas. A pesar de su modo de dispersión similar, el turnover florístico es mucho más alto en la familia de las orquídeas que en el grupo de las pteridofitas. Orchidaceae representan el grupo más rico en especies en todas las floras epífitas examinadas. A escala de la flora del Ecuador, un 50% de las especies en la zona altitudinal de mayor diversidad de epífitas (entre 1000m y 1500m) son orquídeas. Por consiguiente, los patrones altitudinales de la diversidad de epífitas en general reflejan los de las orquídeas en alto grado.

Conclusiones principales  Nuestros resultados apoyan la observación de un ‘mid elevation bulge’ de la diversidad de epífitas, propuesto por Gentry & Dodson. Se ha mostrado frecuentemente que la humedad en bosques montanos favorece el mantenimiento de una elevada diversidad de epífitas. Nuestros resultados demuestran además que en bosques montanos el alto turnover florístico a escala regional y local aumenta la diversidad de epífitas a escala grande.

Basado en la importancia de las orquídeas para la diversidad de epífitas discutimos que los procesos de especiación correspondientes al medio ambiente altamente diverso son una fuerza motriz para el endemismo, la heterogeneidad florística y, a consequencia, para la riqueza en especies epífitas a escala grande en bosques montanos.

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