Vascular plant species diversity in fragmented secondary plant communities: a landscape ecology approach

Landscape ecology has been defined in a variety of different ways, but the common theme is the study of the ecological effects of ecosystem spatial patterning. Since the long history of landscape alteration has created novel systems with unknown dynamics, new tools are necessary to understand, manage and restore human dominated landscapes, preventing the loss of biodiversity. Among all, habitat fragmentation is the main process which affects biodiversity especially in human dominated landscapes. This thesis is based on three research papers concerning the evaluation of plant species diversity in fragmented and secondary plant communities. Moreover, the effect of natural reforestation process on biodiversity of secondary plant communities was investigated through a review paper. Focusing in each paper on different specific objectives due to the variability of landscape context and habitat type, the overall goal of this work was to detect spatial and management components influencing vascular plant species diversity. Through the different tools and methodologies used in each case study, we want to demonstrate the great applicability and versatility of landscape ecology approach both in theory and practice. The analyses were conducted on three fragmented secondary plant communities, i.e. meadow-pastures (Paper II), recent secondary woodlands (Paper III) and hedgerows (Paper IV), scattered in a dominant matrix type. Paper III was done during the collaboration with the Technische Universität of Berlin (Department of Ecology) during my research period abroad. The case studies were conducted both at patch and at landscape level, considering actual field data and management variables of the secondary plant communities surveyed (patch level) and the analysis of landscape asset around (landscape level). The latter was performed by GIS analysis. Regression models were used to relate plant species diversity to spatial and management variables. The survival of species depends on landscape dynamics and on spatial plant community configuration (Paper I). More specifically, where environmental site condition and management variables have not impact on secondary community variability and they did not differ between the surveyed communities, plant species diversity can be deeply influenced by spatial variables (Paper II and III). On the contrary, where management variables have a strong effect on secondary community alteration, i.e. in agrarian hedgerows, this effect is independent from the landscape assets of the different surveyed sites (Paper IV). In general, the integrative methods used by the “landscape ecology approach” allowed us to quantify in a holistic way complex natural-cultural patterns and processes on different time-space scales that influenced vascular plant species diversity.L’ecologia del paesaggio studia l’influenza dei pattern spaziali sui flussi di specie. La continua frammentazione ed alterazione delle fitocenosi in paesaggi antropizzati rende necessario comprendere le dinamiche delle comunità vegetali che caratterizzano il paesaggio antropizzato, cercando di evitare il più possibile la perdita di diversità biologica che spesso è conseguenza di tali trasformazioni. La mia tesi è basata su tre articoli di ricerca riguardanti l’analisi della diversità della flora vascolare in fitocenosi secondarie e frammentate. In un lavoro di review invece, è stato analizzato l’effetto della riforestazione spontanea su fitocenosi secondarie a seguito dell’abbandono delle pratiche agricole. Ciascun lavoro è stato caratterizzato da specifici obiettivi, adattati in base alla variabilità del paesaggio e del tipo di fitocenosi secondaria indagata. Ciononostante, l’obiettivo comune di questa tesi è stato quello di esaminare l’influenza delle variabili di paesaggio e gestionali sulla variabilità della flora vascolare, tramite l’utilizzo di metodologie e strumenti propri dell’ecologia del paesaggio. Le analisi sono state effettuate in tre fitocenosi secondarie e frammentate, i.e. pascoli (Paper II), neoformazioni boschive (Paper III) e siepi rurali (Paper IV), inserite all’interno di differenti matrici paesaggistiche. Il terzo caso di studio (Paper III) è stato sviluppato in collaborazione con la Technische Universität di Berlino durante il mio periodo di dottorato all’estero. Le analisi sono state effettuate sia a livello di patch che di paesaggio, considerando quindi congiuntamente i rilievi floristici e le variabili gestionali (livello di patch) e l’analisi dell’assetto paesaggistico attorno alle fitocenosi indagate (livello di paesaggio). Le analisi di paesaggio sono state effettuate tramite strumenti GIS. Vari modelli di regressione sono stati utilizzati per mettere in relazione la diversità di specie vascolari con le variabili di paesaggio e gestionali. La sopravvivenza delle specie dipende profondamente dalle dinamiche del paesaggio e dalla sua configurazione spaziale (Paper I). Più nello specifico, nei casi di studio in cui le variabili stazionali e gestionali sono ininfluenti o omogenee in tutti i siti, la diversità di specie vascolari è profondamente influenzata dalle variabili spaziali (Paper II e III). Dove invece la gestione altera sostanzialmente l’equilibrio della fitocenosi, l’effetto è indipendente dalle variabili di paesaggio (Paper IV). In generale, i principi ed i metodi dell’ecologia del paesaggio che sono stati utilizzati nei casi di studio presentati, hanno permesso di quantificare precisamente i processi e le dinamiche che influenzano la diversità di specie vascolari a differnti scale spaziali e temporali