Long-term drivers of persistence and colonization dynamics in spatially structured amphibian populations

Conserv Biol. 2021 Oct;35(5):1530-1539. doi: 10.1111/cobi.13686. Epub 2021 Mar 16.

Abstract

Many organisms live in networks of local populations connected by dispersing individuals, called spatially structured populations (SSPs), where the long-term persistence of the entire network is determined by the balance between 2 processes acting at the scale of local populations: extinction and colonization. When multiple threats act on an SSP, a comparison of the different factors determining local extinctions and colonizations is essential to plan sound conservation actions. We assessed the drivers of long-term population dynamics of multiple amphibian species at the regional scale. We used dynamic occupancy models within a Bayesian framework to identify the factors determining persistence and colonization of local populations. Because connectivity among patches is fundamental to SSPs dynamics, we considered 2 measures of connectivity acting on each focal patch: incidence of the focal species and incidence of invasive crayfish. We used meta-analysis to summarize the effect of different drivers at the community level. Persistence and colonization of local populations were jointly determined by factors acting at different scales. Persistence probability was positively related to the area and the permanence of wetlands, whereas it was negatively related to occurrence of fish. Colonization probability was highest in semipermanent wetlands and in sites with a high incidence of the focal species in nearby sites, whereas it showed a negative relationship with the incidence of invasive crayfish in the landscape. By analyzing long-term data on amphibian population dynamics, we found a strong effect of some classic features commonly used in SSP studies, such as patch area and focal species incidence. The presence of an invasive non-native species at the landscape scale emerged as one of the strongest drivers of colonization dynamics, suggesting that studies on SSPs should consider different connectivity measures more frequently, such as the incidence of predators, especially when dealing with biological invasions.

Factores a Largo Plazo de la Persistencia y las Dinámicas Colonizadoras en una Población Anfibia Estructurada Espacialmente Resumen Muchos organismos viven en redes formadas por poblaciones locales conectadas por individuos dispersos, llamadas poblaciones estructuradas espacialmente (PEE), en donde la persistencia a largo plazo de la red completa está determinada por dos procesos que actúan a escala local en las poblaciones: extinción y colonización. Cuando múltiples amenazas actúan sobre una PEE, es esencial una comparación entre los diferentes factores que determinan las extinciones y colonizaciones locales para planear acciones de conservación prudentes. Analizamos los factores a largo plazo de las dinámicas poblaciones de varias especies anfibias a escala regional. Usamos modelos de ocupación dinámica dentro de un marco de trabajo bayesiano para identificar los factores que determinan la persistencia y colonización de las poblaciones locales. Ya que la conectividad entre los fragmentos es fundamental para las dinámicas de las PEE, consideramos dos medidas de conectividad que actúan sobre cada fragmento focal: la incidencia de las especies focales y la incidencia de cangrejos de río invasores. Usamos un meta análisis para resumir el efecto de los diferentes factores a nivel de comunidad. La persistencia y la colonización de las poblaciones locales estuvieron determinadas en conjunto por los factores que actúan a diferentes escalas. La probabilidad de persistencia estuvo relacionada positivamente con el área y la permanencia de los humedales; mientras que estuvo relacionada negativamente con la presencia de peces. La probabilidad de colonización fue más alta en los humedales semipermanentes y en sitios con una alta incidencia de especies focales en sitios cercanos; mientras que mostró una relación negativa con la incidencia de los cangrejos de río invasores en el paisaje. Cuando analizamos los datos a largo plazo de las dinámicas de las poblaciones anfibias, encontramos un efecto firme de algunos rasgos clásicos de uso común en los estudios de las PEE, como el área del fragmento y la incidencia de la especie focal. La presencia de una especie invasora no nativa a escala de paisaje surgió como uno de los factores más fuertes para las dinámicas de colonización, lo que sugiere que los estudios sobre las PEE deberían considerar diferentes medidas de conectividad con mayor frecuencia, como lo es la incidencia de depredadores, especialmente cuando se está trabajando con invasiones biológicas.

许多生物生活在由分散的个体连接起来的局域种群网络中, 这被称为具有空间结构的种群, 其长期续存由作用于局域种群的两个过程之间的平衡而决定, 即灭绝和定殖。当一个空间结构种群受到多重威胁时, 对决定局域物种灭绝和定殖的不同因素进行比较, 对制定合理的保护行动至关重要。本研究在区域尺度上评估了影响多种两栖动物的长期种群动态的驱动因素。我们将贝叶斯框架用于动态占有模型, 以识别决定局域种群续存和定殖的因素。由于斑块间的连接度是空间结构种群动态的基础, 因此我们考虑了作用于单个斑块的两个连接度指标:焦点物种的出现率和入侵小龙虾的出现率。用荟萃分析方法, 总结了不同驱动因素在群落水平的影响。结果表明, 不同尺度的因素共同决定了局域种群的续存与定殖。种群续存率与湿地面积和维持时间呈正相关, 与鱼类的存在呈负相关。半永久湿地和邻近焦点物种出现地的定殖率最高, 而定殖率还与景观中入侵小龙虾的出现呈负相关。通过分析两栖动物长期的种群动态数据, 我们发现空间结构种群研究中一些常见的典型特征有很强的影响, 如斑块面积和焦点物种出现率。在景观尺度上存在外来入侵物种是影响种群定殖动态最重要的因素之一, 这表明空间结构种群的研究应更多地考虑不同连接度指标, 如捕食者出现率等, 尤其是在应对生物入侵的情况下。 【翻译: 胡怡思; 审校: 聂永刚】.

Keywords: Procambarus clarkii; biological invasions; dinámicas metapoblacionales; dynamic occupancy models; especies exóticas invasoras; extinción; extinction; invasiones biológicas; invasive alien species; meta-analysis; meta-análisis; metapopulation dynamics; modelos de ocupación dinámica; 克氏原螯虾 (Procambarus clarkii); 动态占有模型; 外来入侵物种; 灭绝; 生物入侵; 荟萃分析; 集合种群动态.

Publication types

  • Meta-Analysis

MeSH terms

  • Amphibians
  • Animals
  • Bayes Theorem
  • Conservation of Natural Resources*
  • Ecosystem
  • Humans
  • Models, Biological*
  • Population Dynamics