Landscape context of bee, wasp and parasitoid diversity: grass-strip corridors, fallows and food webs
Bienen- Wespen- und Parasitoidendiversität im Landschaftskontext: Randstreifen-Korridore, Brachen und Nahrungsnetze
von Kristin Marie Krewenka
Datum der mündl. Prüfung:2011-07-21
Erschienen:2012-07-18
Betreuer:Prof. Dr. Teja Tscharntke
Gutachter:Prof. Dr. Teja Tscharntke
Gutachter:Prof. Dr. Carsten F. Dormann
Dateien
Name:krewenka.pdf
Size:2.11Mb
Format:PDF
Zusammenfassung
Englisch
The world population is growing, resulting in an increasing demand for food and energy plants. During the last decades the modification of landscapes into agricultural production units and the intensification of agricultural practises have led to a decline in biodiversity. Biodiversity is crucial for the stability of ecosystem services driven by biotic interactions, such as pollination and biological control. Pollination is important for reproduction of wild plants and it is estimated that 75 % of the world crops need animal pollination for obtaining optimal yields. In the northern hemisphere bees are the most important pollinators in the agricultural landscape. But there is evidence that we are facing a pollinator crisis since managed honey bees as well as wild bee populations are declining, especially in intensively managed areas. Agricultural intensification affects also predatory wasps, which are contributing to biological control of pest species. Parasitoids play an important role in regulating host species. Biodiversity loss of functionally important groups such as pollinators, predators and parasitoids can destabilize trophic interactions leading to cascading extinctions. The aim of this study was to quantify the impact of different landscape elements and habitat types, which are common in the agricultural landscape, on the communities of bees, wasps and their parasitoids with changing importance of habitat type along a gradient of landscape complexity. The study was carried out in the vicinity of the city of Göttingen, Lower Saxony, Germany. In the first part of this thesis I tested the hypothesis that grassy field margin strips can function as corridors, facilitating the movement of hymenopterans and antagonists in the agricultural landscape. Additionally possible barrier effects of dense hedges, which were hypothesized to inhibit the movement of wild bees, were tested. Species-rich calcareous grasslands were taken as source habitats for bees, wasps and their parasitoids and connected and unconnected grass strips in varying distances were chosen to account for possible corridor effects on abundance and species richness, whereas dense hedges at the edge of the grasslands were expected to be barriers for foraging bees. Foraging bees were monitored using pan traps, while above-nesting bees, wasps and their parasitoids were experimentally analysed using standardized nesting resources (trap nests). The results showed that grassy strips can function as alternative nesting and foraging habitats when semi–natural habitats are nearby. I found strong isolation effects for nearly all observed groups. Abundance and species richness of foraging solitary bees, above ground-nesting bees, wasps and parasitoids declined with increasing distance to the calcareous grassland. Bumblebees were an exception to this, showing no decline in abundance or species richness. The hypotheses that grass strip corridors mitigate the tested 100m isolation effects on any of the observed groups and that hedges function as barriers on the foraging bees had to be rejected. In the second part of this thesis the relative importance of different habitat types, landscape attributes (percent fallows and semi-natural habitats) and landscape complexity on species richness and abundance of pollinators was assessed over a time span of three years. Five habitat types that are common in the agricultural landscapes, namely (i) wheat field, ii) grassy field margin strip, iii) meadow, iv) fallow and v) forest edge were chosen in 12 non-overlapping landscape sectors with a radius of 1000m around each habitat type. These landscapes covered a gradient in landscape complexity, which was measured as amount of arable land ranging from structurally complex (14% of arable land) to structurally poor (89% of arable land). Pollinator populations in the habitat types were monitored, using pan traps for foraging bees in three years and standardized trap nests for above-nesting bees in two years. Abundance and species richness of the observed ground-nesting bee groups were primarily affected by landscape attributes, rather than habitat types, while above nesting ground-nesting bees were mainly influenced by habitat type. In the three study years the amount of fallows declined more than 50% in the landscapes. Abundance and species richness of solitary ground–nesting bees declined over the years as well, while the abundance and species richness of above ground-nesting bees remained stable. As hypothesized, abundance of bumblebees was positively influenced by the amount of fallow in the landscape. Species richness of bumblebees and abundance and species richness of solitary ground-nesting bees, as well as abundance of above-ground nesting bees showed a positive response to the amount of semi–natural habitats in the landscape. Abundance and species richness of above ground-nesting bees was positively influenced by higher quality habitats, hosting higher numbers of plant species, than intensively managed habitats (wheat field and field margin strip). The third study was based on the previous, using the same design to assess the effects of habitat types and landscape complexity on the trophic interactions and food web structure of bees, wasps and their natural enemies in the trap nests in two years. Abundance and species richness of the observed groups were lowest in intensively managed habitat types (wheat field and field margin strip). Parasitism rates were higher in high quality habitats (forest edge) in both years, though species composition varied. Shannon diversity and linkage density of interactions in the food webs were negatively affected by low habitat quality. Interestingly, the connectance of species interactions in food webs increased with decreasing landscape complexity, which may result in enhanced consumer effects in simple landscapes. In conclusion, bees, wasps and their parasitoids depend strongly on high quality habitats, such as extensively managed grasslands and forest edges as source habitats in the landscape, but have the ability to use alternative foraging and nesting sites of lower quality, if these are supported by a certain amount of semi-natural habitats in the surrounding. Intensively used habitats, such as arable fields and field margin strips, and decreasing landscape complexity affect abundance and diversity of pollinators, predators and parasitoids negatively and alter their interactions. The results of the studies show that conservation of semi-natural habitats is essential to maintain viable populations of bees, wasps and parasitoids in the agricultural landscape and ensure ecosystem services provided by them.
Keywords: Agricultural landscape; biodiversity; ecosystem services; pollination; biological control; gradient of landscape complexity; bees; wasps; parasitoids; corridors; fallows; food webs; habitats
Weitere Sprachen
Die Weltbevölkerung wächst zunehmend und
mit ihr der Bedarf an Nahrung und Energie. Um diese steigende
Nachfrage durch den Anbau von Marktfrüchten, Futterpflanzen und
Pflanzen zur Energiegewinnung zu decken, hat während der letzten
Jahrzehnte die landwirtschaftliche Bewirtschaftung und die
Umwandlung von semi-naturellen Flächen in Ackerland zugenommen.
Diese Intensivierung der Landwirtschaft und der steigende
Flächenbedarf haben zu einem Rückgang der Biodiversität in der
Agrarlandschaft geführt. Der Erhalt der Biodiversität ist jedoch
obligatorisch, um die Stabilität von ökosystemaren
Dienstleistungen, wie zum Beispiel die Bestäubung von Pflanzen oder
die biologische Schädlingskontrolle, welche auf biotischen
Interaktionen basieren zu gewährleisten. Für die sexuelle
Reproduktion von Pflanzen ist Bestäubung unerlässlich. Dieses gilt
für Wildpflanzen, aber auch geschätzte 75% der Kulturpflanzen
weltweit sind auf die Bestäubung durch Tiere zur optimalen
Ertragsbildung angewiesen. Bienen sind hierbei die wichtigsten
Bestäuber in der Agrarlandschaft der nördlichen Hemisphäre, jedoch
weist der zunehmende Rückgang von Honigbienen und Wildbienen,
besonders in landwirtschaftlich intensiv genutzten Gebieten, auf
eine zukünftige Bestäuberkrise hin. Die Intensivierung der
Landwirtschaft beeinflusst außerdem räuberische Wespen negativ, die
einen wichtigen Beitrag zur biologischen Schädlingskontrolle
leisten und ebenso Parasitoide, die eine wichtige Rolle
hinsichtlich der Regulation der Wirtspopulationen spielen. Der
Verlust der Biodiversität von wichtigen funktionellen Gruppen, wie
Bestäubern, Räubern und Parasitoiden kann zur Destabilisierung von
trophischen Interaktionen führen und ein kaskadierendes
Artensterben zur Folge haben. Das Ziel dieser Studie war die
Quantifizierung der Einflüsse von verschiedenene
Landschaftselementen und Habitattypen, die repräsentativ für die
Agrarlandschaft sind, auf die Bienen- und Wespengemeinschaften und
deren Parasitoide, unter Berücksichtigung der wechselnden
Wichtigkeit dieser Habitattypen entlang eines Gradienten der
Landschaftskomplexität. Die Studie wurde im Umkreis der Stadt
Göttingen in Süd- Niedersachsen, Deutschland, durchgeführt. Im
ersten Teil der Arbeit untersuchte ich die Hypothese, dass
grasbewachsene Randstreifen als Korridore in der Landschaft
funktionieren können und die Fortbewegungen von Hymenopteren in der
Landschaft positiv beeinflussen. Zusätzlich wurden eventuelle
Barriere Effekte durch dichte Hecken geprüft, die laut Hypothese
die Fortbewegung der Wildbienen einschränken. Artenreiche
Magerrasen galten als Quellhabitate für Bienen, Wespen und deren
Parasitoide und verbundene und unverbundene grasbewachsene
Randstreifen in verschiedenen Entfernungen vom Quellhabitat wurden
ausgewählt, um mögliche Korridoreffekte auf die Abundanz und
Artenvielfalt der Zielorganismen zu beobachten. Die dichten Hecken
an den Rändern der Magerrasen wurden als Barrieren für foragierende
Bienen eingeschätzt. Foragierende Bienen wurden mittels Farbschalen
gefangen, während oberirdisch nistende Bienen, Wespen und deren
Parasitoide mit Hilfe von standardisierten Nisthilfen aufgenommen
wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die grasbewachsenen
Randstreifen die Funktion von alternativen Nist- und
Foragierhabitaten übernehmen können, wenn semi-naturelle Habitate
in der näheren Umgebung vorkommen. Es wurden starke
Isolationseffekte auf fast alle Zielgruppen beobachtet. Die
Abundanz und Artenvielfalt von foragierenden Solitärbienen,
oberirdisch nistenden Bienen, Wespen und deren Parasitoide
verringerten sich mit zunehmender Distanz zum Quellhabitat. Die
Hummeln bildeten die Ausnahme und zeigten keinen Artenrückgang oder
eine verringerte Abundanz. Die Hypothesen, dass grasbewachsene
Randstreifen als Korridore die negativen Distanzeffekte in 100m
Entfernung mildern können und das dichte Hecken eine Barriere für
foragierende Bienen darstellen konnten nicht verifiziert werden. Im
zweiten Teil dieser Arbeit untersuchte ich die relative Wichtigkeit
von verschiedene Landnutzungstypen, Landschaftsattributen (der
Prozentsatz von Brachen und semi-naturellen Habitaten in der
Landschaft) und Landschaftskomplexität für die Artenvielfalt und
Abundanz von Bestäubern über einen Zeitraum von drei Jahren. Fünf
Habitattypen, die repräsentativ für die hiesige Agrarlandschaft
sind, nämlich (i) Weizenfeld, (ii) grasbewachsener
Ackerrandstreifen, (iii) Intensivweide, (iv) Brache und (v)
Waldrand wurden in 12 nicht-überlappenden Landschaftssektoren mit
einem Radius von 1000 m um jeden Habitattyp ausgewählt. Die
gewählten Landschaften deckten einen Gradienten an
Landschaftskomplexität, der als Anteil von Ackerland gemessen
wurde, von strukturreich (14% Ackerland) bis strukturarm (89%
Ackerland) ab. Die Bestäuberpopulationen wurden mit Hilfe von
Farbschalen für foragierende Bienen über drei Jahre und mit
standardisierten Nisthilfen über den Zeitraum von zwei Jahren
aufgenommen. Die Abundanz und der Artenreichtum der untersuchten
Arten der bodennistenden Bienen war in erster Linie von
Landschaftsattributen und nicht Habitattypen beeinflusst, wobei es
sich bei den oberirdisch nistenden Arten gegensätzlich verhielt. In
der Studie über drei Jahre verringerte sich der Brachenanteil in
den untersuchten Landschaften um über 50%. Die Abundanz und der
Artenanzahl der solitären bodennistenden Bienenarten verringerte
sich im gleichen Zeitraum ebenfalls, während Abundanz und
Artenanzahl der oberirdisch nistenden Bienen über die Jahre gleich
blieb. Die Hypothese, dass die Abundanz der Hummeln positiv mit dem
Anteil der Brachen in der Landschaft korreliert ist, wurde
verifiziert. Weiterhin wurde ein positiver Einfluss vom Anteil
semi-natureller Habitate in der Landschaft auf die Artenanzahl von
solitären bodennistenden Bienen und Hummeln und auf die Abundanz
von bodennistenden und oberirdisch nistenden Bienen festgestellt.
Die Abundanz und Artenzahl der oberirdisch nistenden Bienen wurde
von qualitativ hochwertigen Habitaten mit einem hohen Anteil
blühender Pflanzen gefördert, im Gegensatz zu intensiv
bewirtschafteten Habitaten (Weizenfeld und Ackerrandstreifen). Die
dritte Untersuchung basierte auf der zweiten Studie. Es wurde das
gleiche Versuchsdesign verwendet, um die Auswirkungen von
unterschiedlichen Habitattypen und verschieden strukturierten
Landschaften auf die trophischen Interaktionen von Bienen, Wespen
und deren natürlichen Feinden mithilfe der Nisthilfen über zwei
Jahre zu beobachten. Die Abundanz und Artenanzahl der beobachteten
Gruppen war in den intensiv bewirtschafteten Habitattypen
(Weizenfeld und Ackerrandstreifen) am niedrigsten. Die
Parasitierungsrate der Wirte war in beiden Jahren am qualitativ
hochwertigen Waldrand am höchsten, aber die Artenzusammensetzung
variierte. Die Shannon-Diversität und die Verbindungsdichte
(Linkage density) der Interaktionen der aufgenommenen Nahrungsnetze
wurde durch niedrige Habitatqualität negativ beeinflusst. Der Grad
der biologischen Verknüpftheit der Arten (Connectance) innerhalb
der Interaktionen, der als Maß für die Komplexität des
Nahrungsnetzes und die Generalität der Interaktionen gilt, nahm
interessanterweise mit abnehmender Landschaftskomplexität zu. Dies
könnte ein Indikator für gesteigerte Konsumenteneffekten in einfach
strukturierten Landschaften sein. Abschließend ist festzustellen,
dass Bienen, Wespen und ihre Parasitoide in besonderem Maße von der
Qualität des Habitats, wie z. B. extensiv bewirtschaftetes Grünland
und Waldränder als Quellhabitate in der Agrarlandschaft, abhängen.
Jedoch besitzen sie die Fähigkeit qualitativ schlechtere Habitate
als alternative Nahrungs- und Nisthabitate zu nutzen, wenn sie
durch einen gewissen Anteil semi-natureller Habitate in der
umgebenden Landschaft unterstützt werden. Intensiv genutzte
Flächen, wie Weizenfelder und Ackerrandstreifen und verringerte
Landschaftskomplexität führen zu einem Rückgang der Abundanz und
der Diversität der Bestäuber, Räuber und Parasitoiden und verändern
deren trophische Interaktionen. Die Ergebnisse der Studien zeigen,
dass der Schutz und die Erhaltung von semi-naturellen Habitaten
essentiell ist, um stabile Populationen von Bienen, Wespen und
deren Parasitoiden und damit die von Ihnen bereitgestellten
ökosystemaren Dienstleistungen in der Agrarlandschaft zu
erhalten.
Schlagwörter: Agrarlandschaft; Biodiversität; ökosystemare Dienstleistungen; Bestäubung; Landschaftsgradient; Bienen; Wespen; Parasitoide; Korridore; Barrieren; Brachen; Habitate; Nahrungsnetze