Fern Ecology

Cover......Page 1
Half-title......Page 3
Title......Page 5
Copyright......Page 6
Contents......Page 7
Contributors......Page 13
Preface......Page 15
Photo credits......Page 18
1.1 Introduction......Page 19
1.2 Advances in the study of fern ecology......Page 20
1.3 Fern ecology topics in this book......Page 23
1.4.1 Life cycle and alternation of generations......Page 25
Sporophytes......Page 26
Spores......Page 30
Dispersal limitations in ferns and seed plants......Page 33
1.4.2 Fern evolution......Page 34
1.4.3 Current systematic classification of ferns and lycophytes......Page 35
References......Page 36
2.1 Introduction......Page 40
2.2.1 Long distance dispersal......Page 41
2.2.2 Dispersal to oceanic islands......Page 42
2.2.3 Vicariance......Page 44
2.3.1 Range size and its correlates......Page 46
2.3.2 Endemism......Page 47
2.4.1 Patterns of species richness......Page 50
2.4.2 Mountains as hot spots of fern diversity......Page 53
Climate dependence of species richness......Page 54
Local limitations of species richness......Page 55
Historical limitations of species richness......Page 58
Dispersal limitation......Page 60
2.5.2 Elevational gradients......Page 62
2.6 Questions for the future......Page 64
References......Page 66
3.1 Introduction......Page 79
3.3 Fern spore banks......Page 81
3.4 Gametophyte growth and population structure......Page 85
3.5.1 Sporophyte rhizomes......Page 89
3.5.2 Juvenile leaves......Page 94
3.5.3 Adult leaves......Page 95
3.5.4 Vegetative reproduction......Page 96
Rhizome branching and disintegration......Page 97
3.6.1 Age determination......Page 98
Tree fern age......Page 99
Juvenile sporophyte......Page 102
Sterile adult sporophyte......Page 103
Senescent sporophyte......Page 104
3.6.3 Subdividing life history stages: leaf complexity......Page 105
3.7 Population structure comparisons......Page 107
3.7.2 Isoëtes lacustris: comparing environments......Page 108
3.7.3 Long-term studies......Page 109
3.7.4 Summary......Page 111
3.8 Leaf phenology......Page 113
3.8.2 Leaf life span......Page 114
3.8.3 Leaf production rates......Page 116
3.8.4 Summary......Page 118
3.9.1 Consistent methodologies......Page 119
3.9.3 Long-term monitoring......Page 120
References......Page 121
4.1 Introduction......Page 129
4.2.1 Roots and rhizomes......Page 130
4.2.2 Litter trapping......Page 132
4.2.3 Mutualisms......Page 133
4.3.1 Fern biomass and cover......Page 135
4.3.2 Fern species richness......Page 136
4.3.3 Tree fern distributions and soil nutrients......Page 137
4.3.5 Ferns on low fertility soils......Page 139
4.4 Nutrient concentrations in fern leaves and litter......Page 141
4.4.1 Comparisons between ferns and seed plants......Page 142
4.4.2 Tree ferns......Page 146
4.4.3 Litter quality of ferns and decomposition rates......Page 147
4.5.1 Nutrient ratios......Page 148
4.5.2 Nutrient additions......Page 150
Acknowledgements......Page 151
References......Page 152
5.1 Introduction......Page 158
5.2 Xerophytic ferns and their habitats......Page 159
5.3.1 Water transport in ferns and lycophytes......Page 165
5.3.2 Control of water loss......Page 167
Osmotic potential of xerophytic ferns......Page 168
Water-absorbing trichomes......Page 169
5.3.4 Water storage......Page 172
Desiccation tolerance versus poikilohydry......Page 173
Responses of desiccation-tolerant ferns to drought......Page 176
5.4.2 Desiccation tolerance of gametophytes......Page 177
5.5 Photoinhibition and photoprotection......Page 178
5.6 Crassulacean acid metabolism......Page 180
5.7 Phenology......Page 185
5.9 Other extreme environments......Page 187
5.10 Conclusions......Page 188
References......Page 189
6.1 Introduction......Page 207
6.2 Disturbance......Page 215
6.2.1 Volcanoes and landslides......Page 216
6.2.2 Hurricanes......Page 217
6.2.3 Flooding......Page 219
6.2.4 Fire......Page 220
6.2.5 Humans......Page 221
6.3.1 Fern succession......Page 222
6.3.2 Dispersal......Page 224
6.3.3 Establishment, growth and longevity......Page 228
Light......Page 230
Nutrients......Page 232
Water......Page 234
Thicket-forming ferns......Page 235
Tree ferns......Page 237
6.4 Conclusions and future directions......Page 238
References......Page 240
7.1 Introduction......Page 250
7.2 Types of interactions......Page 251
7.3 Interactions with fungi......Page 252
7.3.1 Saprophytic and parasitic fungi......Page 253
7.3.2 Mycorrhizae......Page 257
7.4 Interactions with animals......Page 261
Leaf damage......Page 262
Interactions with arthropods......Page 263
Generalists versus specialists......Page 265
7.4.2 Responses of ferns to herbivory......Page 269
7.4.3 Mutualistic interactions of ferns and ants......Page 271
Nectaries......Page 272
Domatia......Page 273
Acknowledgements......Page 276
References......Page 277
8.1 Introduction......Page 285
8.2.1 Pteridium......Page 292
Problems created by Pteridium......Page 295
Benefits of Pteridium......Page 298
Ecological interactions of Pteridium with other organisms......Page 300
8.2.2 Other native problem ferns......Page 304
8.3.1 Lygodium......Page 308
8.3.2 Other alien terrestrial problem ferns......Page 310
8.4 Alien aquatic problem ferns......Page 313
8.4.1 Salvinia......Page 314
8.4.2 Azolla, Ceratopteris and Marsilea......Page 317
8.5 Management of problem ferns......Page 320
8.5.1 Management strategies......Page 322
8.5.2 Control options......Page 323
Physical control......Page 324
Chemical control......Page 326
Biological control......Page 331
8.6 Examples of socioeconomic effects of problem ferns......Page 335
8.7.1 Public awareness, the best preemptive control measure......Page 338
8.7.4 International cooperation in monitoring and research......Page 339
Acknowledgements......Page 340
References......Page 341
9.1 Introduction......Page 353
9.2.1 Abundance......Page 357
9.2.2 Geographical range......Page 359
Correlation between abundance and geographic range......Page 360
9.2.3 Habitat specificity......Page 363
Green spores......Page 364
Dark germination......Page 365
Plant age at maturity and sporophyte size......Page 366
9.2.5 Population dynamics and genetic diversity......Page 370
9.2.6 Environmental disturbances......Page 371
9.3.1 IUCN Red List criteria......Page 373
Global risk category assignment......Page 375
Regional risk assessment......Page 377
9.3.3 CITES......Page 379
9.4.1 Ex situ conservation......Page 380
9.4.2 In situ management strategies......Page 381
References......Page 382
10.2 Biogeography: dispersal, habitats and diversity......Page 390
10.3 Population dynamics: growth, reproduction and life cycles......Page 393
10.4.1 Nutrients......Page 395
10.4.2 Water......Page 396
10.5 Disturbance responses......Page 397
10.6 Species interactions......Page 398
10.7 Ferns and humans......Page 399
10.8.1 Correlates of fern diversity......Page 400
10.8.4 Spore size and dispersal......Page 401
10.8.7 Interactions......Page 402
10.9.1 The importance of ferns......Page 403
References......Page 404
Appendix A: Classification system of ferns and lycophytes......Page 409
References......Page 415
Appendix B: Index to genera of ferns and lycophytes in alphabetical order......Page 416
Genera......Page 417
References......Page 433
Reference......Page 436
Glossary......Page 437
Index......Page 459