Species, Functional Groups, and Thresholds in Ecological Resilience

Authors

  • SHANA M. SUNDSTROM,

    Corresponding author
    1. Faculty of Environmental Design, University of Calgary, 2500 University Drive NW, Calgary, Alberta T2N 1N4, Canada
      Nebraska Cooperative Fish & Wildlife Research Unit, School of Natural Resources, University of Nebraska, Lincoln, NE 68583-0984, U.S.A, email sundstrom.shana@gmail.com
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  • CRAIG R. ALLEN,

    1. U.S. Geological Survey, Nebraska Cooperative Fish & Wildlife Research Unit, 423 Hardin Hall, School of Natural Resources, University of Nebraska, Lincoln, NE 68583-0984, U.S.A.
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  • CHRIS BARICHIEVY

    1. Centre for Water in the Environment, School of Animal, Plant and Environmental Sciences, University of the Witwatersrand, Johannesburg 2050, South Africa
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Nebraska Cooperative Fish & Wildlife Research Unit, School of Natural Resources, University of Nebraska, Lincoln, NE 68583-0984, U.S.A, email sundstrom.shana@gmail.com

Abstract

Abstract: The cross-scale resilience model states that ecological resilience is generated in part from the distribution of functions within and across scales in a system. Resilience is a measure of a system's ability to remain organized around a particular set of mutually reinforcing processes and structures, known as a regime. We define scale as the geographic extent over which a process operates and the frequency with which a process occurs. Species can be categorized into functional groups that are a link between ecosystem processes and structures and ecological resilience. We applied the cross-scale resilience model to avian species in a grassland ecosystem. A species’ morphology is shaped in part by its interaction with ecological structure and pattern, so animal body mass reflects the spatial and temporal distribution of resources. We used the log-transformed rank-ordered body masses of breeding birds associated with grasslands to identify aggregations and discontinuities in the distribution of those body masses. We assessed cross-scale resilience on the basis of 3 metrics: overall number of functional groups, number of functional groups within an aggregation, and the redundancy of functional groups across aggregations. We assessed how the loss of threatened species would affect cross-scale resilience by removing threatened species from the data set and recalculating values of the 3 metrics. We also determined whether more function was retained than expected after the loss of threatened species by comparing observed loss with simulated random loss in a Monte Carlo process. The observed distribution of function compared with the random simulated loss of function indicated that more functionality in the observed data set was retained than expected. On the basis of our results, we believe an ecosystem with a full complement of species can sustain considerable species losses without affecting the distribution of functions within and across aggregations, although ecological resilience is reduced. We propose that the mechanisms responsible for shaping discontinuous distributions of body mass and the nonrandom distribution of functions may also shape species losses such that local extinctionswill be nonrandom with respect to the retention and distribution of functions and that the distribution of function within and across aggregations will be conserved despite extinctions.

Abstract

Resumen: El modelo de resiliencia transescala establece que la resiliencia ecológica se genera en parte por la distribución de funciones dentro y a través de escalas en el sistema. La resiliencia es una medida de la habilidad de un sistema para permanecer organizado en torno a un conjunto determinado de procesos y estructuras mutuamente reforzadoras, conocido como régimen. Definimos escala como la extensión geográfica en la cual opera un proceso y la frecuencia con que ocurre. Las especies se pueden clasificar en grupos funcionales que son un vínculo entre los procesos del ecosistema y la resiliencia ecológica. Aplicamos el modelo de resiliencia transescala a especies de aves en un ecosistema de pastizal. La morfología de una especies esta determinada en parte por su interacción con la estructura y patrón ecológico, de tal modo que la masa corporal de un animal refleja la distribución espacial y temporal de los recursos. Utilizamos la masa corporal, ordenada por rangos y transformada logarítmicamente, de aves asociadas a pastizales para identificar agregaciones y discontinuidades en la distribución de esas masas corporales. Evaluamos la resiliencia transescalar con base en 3 medidas: número total de grupos funcionales, número de grupos funcionales dentro de una agregación, y la redundancia de grupos funcionales en las agregaciones. Evaluamos el efecto de la pérdida de especies amenazadas sobre la resiliencia transescalar mediante la remoción de especies amenazadas del conjunto de datos y el nuevo cálculos de las 3 medidas. También determinamos si se retenía más función que lo esperado después de la pérdida de especies amenazadas mediante la comparación de la pérdida observada con la pérdida aleatoria simulada en un proceso Monte Carlo. La distribución observada de la función comparada con la pérdida aleatoria simulada indicó que se retenía mas funcionalidad que la esperada en el conjunto de datos observados. Con base en nuestros resultados, consideramos que un ecosistema con un complemento completo de especies puede sustentar considerables pérdidas de especies sin que se afecte la distribución de funciones dentro y entre agregaciones, aunque la resiliencia ecológica se reduce. Proponemos que los mecanismos responsables de moldear las distribuciones discontinuas de la masa corporal y la distribución no aleatoria de funciones también puede moldear la pérdida de especies, como extinciones locales, serán no aleatorios con respecto a la retención y distribución de funciones y que la distribución de la función dentro y entre agregaciones se conservará no obstante las extinciones.

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