Two approaches using traits to assess ecological resilience: A case study on earthworm communities

The relation between biological diversity and ecosystem functioning is a central theme in ecology. Ecological traits of species are often regarded as a link between structure and function, and trait distributions in a community may change in response to environmental stressors. Likewise, resilience in a community may be derived from the diversity in traits and trait values relevant to a particular stressor. We combine two approaches to test this: a novel trait frequency analysis and a multivariate ordination approach. The two methods are applied on a case study of an earthworm community in a frequently flooded floodplain in the Netherlands. Periodic flooding in floodplains restricts population growth and recolonization of earthworms. The strategies employed by different earthworm species for coping with this stress can be described by a combination of ecological traits. From the literature we compiled 10 ecological traits for the earthworm species encountered along an inundation gradient in the Duursche Waarden floodplain area flanking the river IJssel. Trait frequency analysis showed a greater diversity at low elevation sites of traits considered to be associated to flood tolerance, suggesting greater community resilience to flooding. The ordination analysis using trait composition provided information on which trait classes in the community were related with the inundation stress. Results from both analyses showed that important traits in species to deal with flooding are active dispersal, high hydrophily, diapause and parthenogenetic reproduction. Thus, a further understanding of community resilience was gained by combining traditional ordination analysis with trait diversity analysis.

ZusammenfassungDie Beziehung zwischen biologischer Diversität und Ökosystemfunktion ist ein zentrales Thema der Ökologie. Die ökologischen Merkmale der Arten werden oft als ein Bindeglied zwischen Struktur und Funktion angesehen, und Merkmalsverteilungen in einer Gemeinschaft können sich als Reaktion auf Umweltstressfaktoren ändern. Ebenso kann die Resilienz in einer Gemeinschaft aus der Merkmalsvielfalt und den Merkmalswerten mit Relevanz für einen bestimmten Stressor abgeleitet werden. Wir kombinieren zwei Ansätze, um dies zu testen: eine neue Merkmalshäufigkeitsanalyse und multivariate Ordination. Die beiden Methoden werden auf eine Fallstudie zu einer Regenwurmgemeinschaft in einer häufig überfluteten Flussaue in den Niederlanden angewandt. Periodische Überflutung in Flussauen begrenzt das Populationswachstum und die Wiederbesiedlung der Regenwürmer.Die Strategien der verschiedenen Regenwurmarten, um diesem Stress standzuhalten, können durch eine Kombination ökologischer Merkmale beschrieben werden. Aus der Literatur stellten wir 10 ökologische Merkmale für die Regenwurmarten zusammen, die entlang eines Überflutungsgradienten im Auengebiet Duursche Waarden, das an die IJssel angrenzt, auftraten.Die Merkmalshäufigkeitsanalyse erbrachte an tief liegenden Stellen eine höhere Vielfalt von Merkmalen, die mit Überflutungstoleranz in Zusammenhang gebracht werden, was eine höhere Resilienz der Gemeinschaft gegen Überflutung nahelegt. Die auf der Merkmalszusammensetzung basierende Ordinationsanalyse lieferte Informationen dazu, welche Merkmalsklassen in der Gemeinschaft mit dem Überflutungsstress verbunden waren.Die Resultate beider Analysen zeigten, dass wichtige Eigenschaften der Arten, um Überflutungen zu bewältigen, aktive Ausbreitung, starke Hydrophilie, Diapause und parthenogenetische Reproduktion sind. Somit wurde ein tieferes Verständnis der Resilienz der Gemeinschaft erreicht, indem traditionelle Ordinationsanalyse und eine Analyse der Merkmalsvielfalt kombiniert wurden.