Forest conversion is one of the greatest global threats to biodiversity, and land-use change and subsequent biodiversity declines sometimes occur over a variety of underlying geologies. However, how forest conversion and underlying geology interact to alter biodiversity is underappreciated, although spatial variability in geology is considered an integral part of sustaining ecosystems. We aimed to examine the effects of forest conversion to farmland, the underlying geology, and their interaction on the stream fishes' diversity, evenness, and abundance in northeastern Japan. We disentangled complex pathways between abiotic and biotic factors with structural equation modeling. Species diversity of stream fishes was indirectly shaped by the interaction of land use and underlying geology. Diversity declined due to nutrient enrichment associated with farmlands, which was mainly the result of changes in evenness rather than by changes in species richness. This impact was strongest in streams with volcanic geology with coarse substrates probably because of the differential responses of abundant stream fishes to nutrient enrichment (i.e., dominance) and the high dependency of these fishes on large streambed materials during their life cycles. Our findings suggest that remediation of deforested or degraded forest landscapes would be more efficient if the interaction between land use and underlying geology was considered. For example, the negative impacts of farmland on evenness were larger in streams with volcanic geology than in other stream types, suggesting that riparian forest restoration along such streams would efficiently provide restoration benefits to stream fishes. Our results also suggest that land clearing around such streams should be avoided to conserve species evenness of stream fishes.
Impactos Geológicamente Dependientes de la Conversión de Bosques sobre la Diversidad de Peces de Arroyo Resumen La conversión de los bosques es una de las mayores amenazas para la biodiversidad mundial y el cambio en el uso de suelo y las declinaciones subsecuentes de la biodiversidad a veces ocurren a lo largo de una variedad de geologías subyacentes. Sin embargo, la manera en que interactúan la conversión del bosque y la geología subyacente está subestimada a pesar de que la variabilidad espacial en la geología es considerada una parte integral del mantenimiento de un ecosistema. Fijamos como objetivo examinar los efectos de la conversión del bosque a tierras de cultivo, la geología subyacente y sus interacciones sobre la diversidad, uniformidad y abundancia de peces de arroyo en el noreste de Japón. Para esto, desentrañamos las vías complejas entre los factores bióticos y abióticos con modelados de ecuación estructural. La diversidad de especies de los peces de arroyo estuvo formada indirectamente por la interacción del uso de suelo y la geología subyacente. La diversidad declinó debido al enriquecimiento de nutrientes asociado con las tierras de cultivo, lo cual fue principalmente resultado de los cambios en la uniformidad de especies en lugar de cambios en la riqueza de especies. Este impacto fue más fuerte en los arroyos con geología volcánica y sustratos ásperos, probablemente debido a las respuestas diferenciales de los peces abundantes en el arroyo al enriquecimiento de nutrientes (es decir, dominancia) y la alta dependencia de estos peces por los grandes materiales del lecho durante su ciclo de vida. Nuestros hallazgos sugieren que la reparación de los paisajes de bosque deforestados o degradados sería más eficiente si se considera la interacción entre el uso de suelo y la geología subyacente. Por ejemplo, los impactos negativos de las tierras de cultivo sobre la uniformidad fueron mayores en los arroyos con geología volcánica que en otros tipos de arroyo, lo que sugiere que la restauración de los bosques ribereños a lo largo de dichos arroyos proporcionaría eficientemente los beneficios de restauración a los peces del arroyo. Nuestros resultados sugieren que el desmonte de tierras alrededor de dichos arroyos debería evitarse para conservar la uniformidad de especies de los peces de arroyo.
Keywords: agricultura; agriculture; deforestación; deforestation; estresantes múltiples; eutrofización; eutrophication; forest restoration; geodiversidad; geodiversity; interacciones; interactions; lithology; litología; multiple stressors; restauración de bosques.
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