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Manchester Metropolitan University's Research Repository

Cyanobacterial soil crusts and woody shrub canopies in Kalahari rangelands

Berkeley, Andrew and Thomas, Andrew D. and Dougill, Andrew J. (2005) Cyanobacterial soil crusts and woody shrub canopies in Kalahari rangelands. African journal of ecology, 43 (2). pp. 137-145. ISSN 0141-6707

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Abstract

Intensive grazing of Kalahari rangelands has led to woody plant encroachment, notably of Acacia mellifera and Grewia flava. The mechanisms causing this process, and the ecological stability of woody plant encroached ecosystems, remain uncertain. Past studies suggest that canopy–soil relations may enhance woody plant competitive dominance. This study aims to investigate one element of this ecological change by examining the spatial distribution of cyanobacterial soil crusts in two vegetation sub-habitats at sites of different disturbance. Crust burial by litter was also assessed to analyse the dynamics of canopy–crust relations. Our results show there is enhanced cyanobacterial crust cover under A. mellifera canopies and that unlike G. flava canopies, the crust cover remains under A. mellifera even at highly disturbed sites. This canopy–crust association suggests A. mellifera encroachment exhibits intrinsic resilience because of the crusts ability to stabilize the soil surface and increase nutrient retention. Crust burial by litter that accumulates under larger woody plants restricts crust development under canopies. Disturbance restricts crust development in plant interspaces and under G. flava. These two mechanisms combine to restrict crust development to an observed 40% threshold, with nonlinear models required to explain spatial patterns of crust dynamics. Le surpâturage des pâturages du Kalahari a mené a l'empiètement de plantes boisées, notamment Acacia mellifera et Grewia flava. Il est incertain quels mécanismes déclenchent ce processus, ou si les écosystèmes empiétés par les plantes boisées sont écologiquement stables. Les études du passé suggèrent que la relation feuillage-sol peut augmenter la dominance compétitive des plantes boisées. Cette étude examine un élément de ce changement écologique à travers des analyses de la distribution spatiale des croûtes du sol cyanobacterien dans deux sous-habitats végétaux de chambardement différent. L'enterrement des croûtes par litière fut aussi évalué afin d'analyser les dynamiques des relations feuillage- sol. Les résultats montrent que la couche de croûte cyanobacterienne sous le feuillage de A. mellifera est augmentée, et que contrairement aux feuillages de G. flava, la croûte reste intacte sous A. mellifera même aux sites bien chambardées. Ce lien entre le feuillage et la croûte suggère que l'empiètement de A. mellifera déploie une endurance intrinsèque grâce a la capacité de la croûte de stabiliser la superficie du sol et augmenter la rétention des nutriments. L'enterrement des croûtes par litière qui s'accumule sous les plantes boisées plus grandes limite le développement de la croûte sous le feuillage. Le chambardement limite le développement de la croûte dans les espacements entre les plantes et sous G. flava. Ensemble, ces deux mécanismes limitents le développement de la croûte à un seuil observé de 40%, avec les modèles non-linéaires nécessaires pour expliquer les configurations spatiales des dynamiques de la croûte.

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