BIOL Midterm 2Online MaterialUnit 4

Majestic Pine Woods

Maple Ridge Woods

Old Field Woods The Old Field Woodlot is at the sensitive headwaters of the local watershed that provides water and 

is very weedy.

Biodiversity: Biodiversity is often used as a non­technical term, which refers to the different scales of biological variation.

Species Richness: Species richness is defined as the number of species present in a defined area such as a 

community or ecosystem.

Sampling species richness is complete when the species area curve is saturated

Abundance: Species abundance refers to how common a species is in a defined area and can be measured as percent cover, biomass or frequency of individuals per species

Relative abundance: is a term that refers to the comparison of the species abundance within a defined area 

and relates to the “evenness” of distribution of individuals among species in a community. 

Abiotic: Abiotic factors are the physical and chemical features of an environment. Abiotic factors include light (radiation), temperature, water (availabilty, composition, flow), atmospheric gases (including pollution), and soil 

factors such as nutrients and porosity.

Biotic: Biotic factors refer to the living things that live within and shape an ecosystem. This usually includes producers 

(plants that convert the sun’s energy into chemical food), consumers (organims that eat other plants and/or animals) 

1) the Convention on Biological Diversity, also known as the Rio Summit, defines biodiversity as “the variability among 

living organisms from all sources including, terrestrial, marine and other aquatic ecosystems and the ecological 

complexes of which they are part; this includes diversity within species, between species and of ecosystems.”

2) The Canadian Biodiversity Strategy, defines biodiversity as “the variety of species and ecosystems on Earth and the 

ecological processes of which they are a part”. In general, biodiversity comprises three scales of variation: genetic, species, and ecosystem.

and decomposers (organisms such as bacteria or fungi that feed off dead biota, decomposing large organic molecules into smaller units).

Population: A populations refers to the collection of individuals of a single species within a defined area at a specified point in time.

Community: A community refers to the collection of species (each with its own population) living in a given area at a particular point in time.

Quiz Answers:

• Maple Ridge Woods contains several very rare species – FALSE

• Old Field Woods is the headwaters of a local watershed. ­ TRUE• Majestic Pine Woods has large pine trees ­ TRUE

• Maple Ridge Woods has a deep layer of mineral soil. ­ TRUE• Majestic Pine Woods has a highly variable water table. – TRUE

• The three levels of biodiversity are: Genetic Diversity, Species Diversity, and Ecosystem Diversity. – TRUE• The Canadian Biodiversity Strategy defines biodiversity as “the variety of species and ecosystems on Earth and 

the ecological processes of which they are a part”. – TRUE• The number of individuals of a species within some area at some point in time. – POPULATION

• Number of species in an ecosystem or sample. ­ SPECIES RICHNESS• A group of species in an ecosystem at some point in time. – COMMUNITY

• Distribution of individuals among species in a community. – SPECIES EVENNESS• The percent cover, biomass or frequency of individuals per species. – SPECIES ABUNDANCE

Unit 5

Woodlot Facts

The cold stream from the Old Field Woods is the purest stream water in southern Ontario and home to many species 

of fish. 

The bird diversity is highest in the Old Field Woodlot, followed by Majestic Pine woods and the lowest in the Maple 

Ridge Woods.

The beauty and serenity of Majestic Pine Woods has intrinsic value to the people in this city. 

Maple Ridge Woods is home to many birds and we have established many bird feeders that are cared for by the local community neighborhoods. 

The Old Field Woods is home to many pesky skunks and raccoons that get into our composters and garbage boxes!

The basal area is low in the Old Field Woodlot, and it is dominated by a diverse shrub physiognomy.

The basal area is high in both the Majestic Pine woods and the Maple Ridge Woods, which have dominant tree physiognomies. 

We aged the woodlots using increment bores and counted the tree rings:  Old Field Woodlot is 20 years old, Majestic Pine woods is only 80 years old (rich soils make big happy trees) and the Maple Ridge Woods is 250 years old.

Alpha diversity is highest in the Old Field Woodlot, followed by the Majestic Pine woods and least in the Maple Ridge Woods. 

Beta diversity is low between Majestic Pine woods and Maple Ridge Woods. 

Beta diversity is high when comparing the Old Field Woodlot to either Majestic Pine woods or Maple Ridge Woods.

Key Concepts and Terms

A forest is composed of a canopy, sub canopy, shrub layer, organic matter and species diversity.

Population Growth: The change in the number of individuals during some period of time.

The calculation of population size is expressed as                      where Pt2 

is the final population at the final time, Pt1 is the original or  starting 

population size, B is the number of births, D is the number of deaths, I is the number of immigrants, and E is the number of emigrants.

Carrying capacity (K) : The number of individuals that can survive on the available resources within a given area.As the environment is degraded, carrying capacity actually shrinks, leaving the environment no longer able to support the original number of individuals in the population that may have been sustained for many years. No population can live beyond the environment’s carrying capacity for very longSpecies Interactions: Different species that live in the same ecosystem/community interact in many different ways. Note that some mutualisms may be either obligate (must live with it’s partner species) or facultative (can live without its partner species). The organization of a community in an ecosystem with respect to ecological interactions is referred to as community structure.

Ecosystem processes: Include both the flow of energy and the cycling of materials. 

Pt2 = Pt1 + (B) – (D) + (I) – (E)

Energy enters the biological system as light energy, or photons, which is transformed into chemical energy in organic molecules (e.g., carbohydrates) by the cellular process known as photosynthesis. Respiration is another cellular process that results in the conversion of organic molecules into heat energy; this energy is lost to the system as heat and cannot be recycled. During decomposition these materials are not destroyed or lost, so the earth is a closed system with respect to elements; a minor source of elements comes from meteorites. The elements are cycled endlessly between their biotic and abiotic states within ecosystems.The total species diversity in a landscape (gamma diversity) is determined by two different things, the mean species diversity in sites or habitats at a more local scale (alpha diversity) and the differentiation among those habitats (beta diversity).Quiz Answers:

• The carrying capacity for any given area is fixed. – FALSE• Carrying capacity refers to the number of individuals who can be supported in a given area within natural 

resource limits, and without degrading the natural social, cultural and economic environment for present and future generations. – TRUE

• Obligate mutualists must live with a partner species. – TRUE• Population growth is the change in the number of species during some period of time. – FALSE• Ecosystem processes include energy cycling and interaction among species for nutrients.   – FALSE• An interaction between two organisms or species, in which the fitness of both species is lowered by the presence 

of the other. – COMPETITION• An interaction between organisms or species, in which one organism or species benefits at the expense of 

another. – PREDATION• An interaction between two or more species, where both species derive a mutual benefit, for example an 

increased carrying capacity. – MUTUALISM• An interaction that benefits one organism and the other organism is neither benefited nor harmed – 

COMMENSALISM• The relationship between two species which interact but do not affect each other. – NEUTRALISM• The physical traits of shade tolerant plants may include broad, thin leaves and high levels of foliar nutrients. – 

TRUE• Spatial scale can be decreased to microhabitats (point diversity) or increased to include multiple woodlots in a 

township at a broader landscape scale (gamma diversity). – TRUE• Communities in early succession will be dominated by slow­growing, well­dispersed species. – FALSE• Physiognomy refers to the most dominant vegetation in a forest. – TRUE• The number of species within local woodlot local scale is called alpha diversity. – TRUE

Unit 6Abiotic factors: are non­living. They include the physical and chemical factors that affect the ability of organisms to survive and reproduce; some examples of abiotic factors are light, temperature (heat), chemical products, water and atmosphere.Light constitutes the main supply of energy for organisms. Plants with chlorophyll can change the light energy into 

chemical energy via the process known as photosynthesis. This chemical energy is stored in complex organic substances that are used for growth, development of flowers and the production of fruit/seeds. Many plants have 

adapted to high or low light conditions; shade tolerant plants can dominate the understory of dense forest canopies. Light also regulates many biological rhythms of a large amount of species of both plants and animals. Plants use a 

photoreceptor protein (e.g., phytochrome or cryptochrome) to sense seasonal changes in photoperiod. This signals anthesis, which is the development of flowers.

Niche: species occurring in “environmental space”; the space that an organism occupies, which is confined by 

environmental variables to which the species responds. 

Hutchinson (1957) provides a basic definition: “niche is the set of biotic and abiotic conditions in which a species is able to persist and maintain stable population sizes.”

The fundamental niche is defined by the environmental conditions in which a species can survive and persist; however 

the species may not be present within all of this space. The realized niche includes the environmental and ecological 

conditions under which a species actually exists and persists. 

Habitat: the environment in which a species is known to 

occur. Which is influenced by biotic and/or abiotic environmental variables. Higher habitat diversity is often correlated with higher 

species richness in ecosystems.

Functional traits: define species in terms of their ecological 

roles within an ecosystem. These traits determine how a species will interact with other species and the environment.

Functional diversity: it accounts for the diversity of functional traits of all the the species in a 

community/ecosystem.

Trait: is a measurable property of an organism that influences its performance and species have functional traits 

that are uniquely adapted to the ecological niche.

Competitive exclusion principle: EX ­ The shade tolerant species are at an advantage in the woodlot 

understory because they are able to competitively exclude other species of tree seedlings from establishing that are not shade tolerant.

Ecosystem engineering: Some organisms can control the availability of resources to other species. These are called ecosystem engineers as they can change, sustain and develop new habitats.

Niche construction: More often used in reference to the underappreciated feedback mechanism of natural 

selection imparting forces on the abiotic niche. 

Old Growth Forests

The concept of “old­growth forest” often encompasses a complex mixture of the measurable biological attributes of 

forest ecosystems (tree age; site disturbance history) and a range of intangible personal values associated with experience (direct or indirect) of the forest environment. It is this combination of the measurable and the 

immeasurable that creates the difficulty in defining and estimating the extent of old­growth forest ecosystems. Often several attributes are used to characterize old­growth forest such as static and dynamic ecological properties, 

disturbance influences, and cultural history (traditional knowledge).

(a) Structural and compositional characteristics (measurable or inferred and contribute directly to a description of the old­growth state)

• relatively large trees – Large basal area and or tall• niche diversification• meso/microhabitat diversification• the presence of large logs and abundant coarse woody debris (CWD)• relatively old trees• presence of large crown gaps (in some forest types)• presence of tree hollows and/or fallen trees• characteristic biotic composition• presence of indicator species• presence of certain growth forms, such as epiphytes in some forest types

(b) Functional characteristics (measurable or inferred but are less clearly associated with old­growth forests and may be seen as secondary characteristics)

• characteristic levels of gross and net productivity• stable nutrient cycles, high litter levels (in some vegetation classes)• low or negative biomass increment• low rates of change in species, forest structure and ecosystem functioning

(c) Disturbance characteristics (primary characteristics which diminish or detract from old­growth status)

• evidence of physical disturbance (like fire, logging, grazing, mining)• evidence of biological disturbance (such as introduced weeds or pathogens)

(d) Intangible characteristics (often subjective but relevant to policy and management considerations)

• aesthetic considerations (like antiquity and grandeur – in some vegetation classes)• wilderness quality• public perceptions and opinion• ease of long­term management or maintenance

Quiz Answers:• Birds orient themselves by means of the perception of small differences in the reflection of light UV by the 

objects on land such as different types for forests, water, rocks, etc. – TRUE• Shade tolerant plants can dominate the understory of dense forest canopies. – TRUE

• Abiotic factors are those living physical and chemical factors that affect the ability of organisms to survive and reproduce.  – FALSE

• Daily high temperature regulates flowering time in many plants. – FALSE• Light also regulates many biological rhythms of many species of both plants and animals.   – TRUE• A region in environmental space that is composed of multiple dimensions, each representing a biotic or abiotic 

environmental variable. – HABITAT• Organisms that directly or indirectly modulate the availability of resources to other species, by causing physical 

state changes in biotic or abiotic materials. – ECOSYSTEM ENGINEERS • A biodiversity measure based on functional traits of the species present in a community.  – FUNCTIONAL 

DIVERSITY• A set of biotic and abiotic conditions in which a species is able to persist and maintain stable population sizes. – 

NICHE• An attribute of a species that defines them in terms of their ecological roles, such as how they interact with the 

environment and with other species.  – FUNCTIONAL TRAITS• Beta diversity is low when two ecosystems share the similar species and respective abundance. – TRUE• Beta diversity or differentiation diversity compares alpha diversity among several communities. – TRUE• Species richness is the total species abundance in an ecosystem. – FALSE• Inventory diversity can be defined by alpha diversity, which is the number of species in a local forest stand. – 

TRUE• An intelligent meander records date, time, location and a list of species. – TRUE• Old­growth forests often contain rich communities of plants and animals  within the habitat due to the long period 

of forest stability. – TRUE• Trees with large basal area can only occur in Old­growth forests. – FALSE• Old­growth forests store large amounts of carbon, which is stored in wood forever.  – FALSE• An Old­growth forest is a forest that has attained great age (and associated structural features), and thereby 

exhibits unique ecological features. – TRUE• Old­growth forests typically contain large and old live trees, large dead trees (sometimes called "snags"), and 

large logs.  ­ TRUEUnit 7Intermediate Disturbance Hypothesis (Connell 1978): IDH predicts that the highest species richness will occur at an intermediate level of intensity or frequency of natural disturbance. Large, infrequent, disturbances are often 

catastrophic and include disturbances such as floods, forest fire, hurricanes and volcanic activity. A woodlot may be transformed by a severe fire into an open field dominated by herbs and grasses.  A less severe fire may transform a 

maple woodlot into one that is dominated by ash and popular seedlings. Natural disturbances are very important in shaping landscapes and influencing ecosystem processes.

Ecosystem function: The exchange of energy and nutrients among plants, animals and their environment.

Ecosystem Services: Refers to the processes within ecosystems that provide fundamental resources such as 

water, clean air or even the decomposition of waste products. Woodlots provide many services such as carbon recycling (e.g., carbon dioxide in the air converted into biomass in wood and leaves), animal waste filtering from 

adjacent farms and filtering of watersheds.

Adaptive management: Utilizes ecosystem management as a tool to 

alter the functioning of an ecosystem. This approach is designed to test 

hypotheses about the functioning of the ecosystem and often starts with identifying uncertainties, and then establishing the methodologies to test 

hypotheses concerning those uncertainties. 

Forest Fragmentation: Fragmentation of habitats has a considerable impact on 

species diversity and ecosystem function. Consider a continuous forest in which species can freely move and disperse. If this forest is broken into 

smaller segments it may prevent populations from breeding, which ultimately impacts gene flow. Fragmentation can also influence the flow and cycling of nutrients. For example, the size of a woodlot is directly related to the number of 

habitats and consequently species in that woodlot. Trees blown over by wind result in a zone of increased light that is inhabited by many weedy species that can outcompete the native forest species. Most of the damage caused by wind 

is found at the margins of woodlots and is called the “edge effect”. This zone of disturbance or edge effect increases as forest becomes more fragmented. 

Diatoms: a major group of algae, and are among the most common types of phytoplankton. Most diatoms are 

unicellular, although they can exist as colonies in the shape of filaments or ribbons, fans, zigzags or stars.

Thermophilic: Heat loving 

Quiz Answers:

• Many species are capable of colonizing an area that experiences either high frequency or intensity of disturbance (e.g. frequent or intense flooding).   – FALSE

• Maximum population density in many systems occurs at a high level (of intensity or frequency, or both) of natural disturbance. – FALSE

• Few species are capable of colonizing an area that experiences either low frequency or intensity of disturbance (e.g. frequent or intense flooding). – FALSE

• Maximum species richness in many systems occurs at a high levels (of intensity or frequency, or both) of natural disturbance.  – FALSE

• Species richness in many systems is highest at an intermediate level (of intensity or frequency, or both) of natural disturbance.  – TRUE

• Values& Assumptions – Policies – Goals – Management – Monitoring ­ Evaluation. – ADAPTIVE MANAGEMENT• The sharing of authority, responsibility, and benefits between government and local communities in the 

management of natural resources. – CO­MANAGEMENT• Resources and processes that are supplied by natural ecosystems. ­ ECOSYSTEM SERVICE

• Observation& Assumptions – Hypotheses – Predictions – Experiment – Monitoring ­ Evaluation.  SCIENTIFIC METHOD

• The characteristic exchanges within an ecosystem such as energy and nutrient exchanges, decomposition and production of biomass.  – ECOSYSTEM FUNCTION

• Ecosystem functions include nutrient exchanges and production of biomass.  – TRUE• The characteristic exchanges within an ecosystem are called ecosystem functions – TRUE

• Ecosystem services include energy exchanges and decomposition – FALSE• Ecosystems are dynamic interrelated collections of living and non­living components organized in self­regulating 

units.   – TRUE• The living and non­living components of an ecosystem affect each other in complex exchanges of energy, 

nutrients and wastes.   – TRUE• Preservation Park has retained characteristics of a boreal ecosystem, although the rest of the Guelph area has 

since warmed and changed to a deciduous forest region. – TRUE

Lecture Notes:

Ecological Biogeography is the account of the present day distribution of species in terms of abiotic and biotic 

factors.

Historical biogeography is the reconstruction of speciation, dispersal, establishment, distribution and 

extinction of species.

Range:  the area or location inhabited by species for a defined amount of time – scale dependent, global or local.

Endemic: Evolved there and only found there

Two Reasons why species occur in different regions:

Dispersal Vicariance – continental drift 

Continental Drift separation of continents

Pangea – one continentPangea split into 2 continents, Gondwana and Laurasia

Gondwana continued to separate for another 75 million years until Laurasia finally began to separate.

Population (N):  Pt2 = Pt1 + (B) – (D) + (I) – (E),

Population Density  = (N/area)

Spatial Patterns OF Distribution• Clumped

• Even• Random

Recruitment movement of young from their birthplace prior to reproducing

Environment as a vector ­ Air assisted dispersal, water assisted dispersal, animal assisted dispersal

Population Regulation• Density dependent – regulation of a population by changes in per capita birth or death rates in response to 

densityThis decreases carrying capacity (K)

• Density Independent – regulation of a population by changing only the population size (not the factors affecting carrying capacity)

Ecosystem management

Adaptive management• Assess problem• Design

• Implement• Monitor

• Evaluate• Adjust

Integrative Thinking• Refine Question – clarify goal or problem

• Concept Analysis – Determine what information, concepts or factors are relevant• Concept map – build a concept map

• Prioritize – organize concepts according to their importance• Resolution – identify a direction for further action or possible research avenue