dc.contributor.advisor | Tscharntke, Teja Prof. Dr. | de |
dc.contributor.author | Sobek, Stephanie | de |
dc.date.accessioned | 2012-04-16T14:51:58Z | de |
dc.date.available | 2013-01-30T23:51:14Z | de |
dc.date.issued | 2008-12-12 | de |
dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-AD22-F | de |
dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-305 | |
dc.description.abstract | Während des letzen Jahrzehnts ist der Zusammenhang zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktionen bzw. -dienstleistungen, wie z. B. Bestäubung oder biologische Schädlingskontrolle, ins Zentrum ökologischer Forschung gerückt. Vor allem Verlust von Biodiversität durch anthropogen bedingte Störung und Landnutzung wurde als Gefahr determiniert, wodurch ein Rückgang an Ökosystemfunkionen und dienstleistungen zu erwarten ist. Der größte Anteil der globalen Biodiversität findet sich in Waldökosystemen, und besonders in den Tropen nimmt der Anteil an ursprünglichen Waldhabitaten immer mehr ab. Ach in der temperaten Zone ist die Situation kaum besser: Obwohl in Deutschland 30 % der Landesfläche von Wald bedeckt sind, beträgt der Urwaldanteil an diesen Waldflächen gleich Null. Daher ist es von großer Bedeutung, den Beitrag der noch verbleibenden naturnahen Wälder für den Erhalt von Biodiversität und den damit einhergehenden Ökosystemfunktionen zu bestimmen. Untersuchungen in tropischen Regenwäldern haben gezeigt, das Insekten im Kronenraum den größten Teil der globalen Biodiversität stellen, für temperate Laubwälder liegen jedoch kaum Daten vor. Obwohl Pflanzendiversität in der Agrarlandschaft oder in experimentellen Graslandhabitaten häufig mit erhöhter Insektendiversität in Verbindung gebracht warden konnte, gibt es kaum Hinweise ob der gleiche Effekt auch in Waldhabitaten gilt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Diversität und Funktion von Insektengemeinschaften entlang eines natürlichen Baumartendiverstätsgradienten untersucht, unter Berücksichtigung von Buchenreinbeständen bis hin zu hochdiversen Laubmischwäldern. Ziel der Arbeit war eine Analyse des Effekts von Baumartendiversität auf den Artenreichtum, die Gemeinschaftsstruktur und multitrophische Interaction von Insekten entlang verschiedener räumlich-zeitlicher Skalen in einem real existierenden (nicht experimentellen) Ökosystem. Dabei wurden folgende Leithypothesen verfolgt: (1) Insektendiversität ist mit steigender Baumartenvielfalt erhöht, (2) Herbivorieschäden werden bei zunehmender Baumartenvielfalt verringert. Für die Untersuchung wurden 12 Waldflächen im Nationalpark Hainich, Deutschlands größtem noch verbleibenden zusammenhängenden Laubwaldgebiet, genutzt. Verschiedene Methoden kamen zum Fang der Insektenfauna zum Einsatz, z. B. Kreuzfensterfallen, Klopfproben und Nisthilfen für Bienen und Wespen. Desweiteren wurde der Herbivorieschaden von Baumjungwuchs geschätzt (Verlust an Blattfläche, Vorhandensein von Gallen und Minen). Durch diesen Ansatz konnte gewährleistet werden, dass eine Vielfalt von Taxa (Käfer, Wanzen, Bienen, Wespen und deren natürliche Feinde) und Funktionen (Herbivorie, Prädation, Parasitismus) in die Analyse mit einbezogen werden konnte. Der Gesamtartenreichtum (γ-Diversität) der Käfer und Wanzen nahm mit steigender Baumartenvielfalt zu, und das gleiche Muster konnte auch in den meisten funktionellen Gruppen gefunden werden (z. B. Waldspezialisten, Prädatoren, etc.). Der Artenreichtum von Bienen und Wespen reagierte jedoch nicht auf die erhöhte Baumartenvielfalt. Bezüglich Käfern und Wanzen spielte vor allem der räumlich und zeitliche Artenturnover (β-Diversität) eine Rolle und trug am meisten (~90 %) zur allgemeinen γ-Diversität bei. Der Turnover zwischen Baumindividuen war stets hoch, wenn eine ausreichend hohe Anzahl an Bäumen berücksichtigt wurde, auch zwischen Bäumen der gleichen Art in Buchenreinbeständen. Neben Heterogenität auf Bestandesebene spielt also auch Heterogenität zwischen Einzelbäumen eine Rolle für den Artenreichtum von Insekten in temperaten Laubwäldern. Darüberhinaus zeigten die untersuchten Bestände auch eine distinkte Stratifizierung von Bienen- und Wespenabundanz, Gemeinschaftszusammensetzung und Parasitierungsrate. Gesteigerte Ressourcenverfügbarkeit (z. B. Nistmöglichkeiten, Wirts- und Beuteabundanz), vor allem im Kronenraum ist ein möglicher Grund warum Baumartenvielfalt sich ausserdem positiv auf den Artereichtum höher trophischer Ebenen (Parasitoide) auswirkt. Eine gesteigerte Funktion (Parasitierungsrate) konnte mit dem Anstieg der Baumartenvielfalt jedoch nicht in Zusammenhang gebracht werden. Bezüglich des Herbivorieschadens an Baumjungwuchs in der Krautschicht konnte festgestellt werden, das der Blattflächenverlust zwar generell bei Ahorn am höchsten war, jeduch nur bei Buchensämlingen mit steigender Baumartenvielfalt tatsächlich auch geringer wurde. Es wurde keine Bestimmtes Muster für das Vorkommen von Gallen und Minen gefunden. Die relative Abundanz von Prädatoren auf Buchensämlingen zeigt ein saisonal bedingtes Muster und stieg im Juni in gemischten Beständen an, was eine erhöhte biologische Schädlingskontrolle bewirkt haben könnte. Nicht Baumartenvielfalt allein, sondern die Artidentität und Abundanz der beprobten Baumsämlige war Häufig besser geeignet, um die beobachteten Effekte zu erklären, welche vermutlich sich vermutlich auf Ressourcenkonzentration und die Abundanz von natürlichen Feinden zurückführen lassen. Zusammenfassend lässt sich feststellen, das die vorliegende Arbeit neue Einsichten bezüglich des Effekts von Baumartenvielfalt auf den Artenreichtum und multitrophisch Interaktionen von Insektengemeinschaften zulässt. Auch wenn angepflanzte Experimente einen großen Wert für die Bestimmung fundamentaler Mechanismen bestimmter Effekte besitzen, kann es dennoch sein dass diese Effekte in naturnahen Wäldern anders, oder im Extremfall gar nicht, in Erscheinung treten, da Anpflanzungen die Altersstruktur und räumliche Heterogenität eines natürlich gewachsenen Waldes nur unzulänglich wiedergeben. Durch die Untersuchung eines der größten zusammenhängenden Laubwaldgebiete Europas konnten wir zeigen, dass in realen Waldökosystem komplexe Biodiversitäts-Ökosystemfunktionsbeziehungen eine Rolle spielen, und das räumlicher und zeitlicher Artenturnover der Schlüssel zum Verständnis von Diversitätsmustern ist. Es konnte deutlich gemacht warden, dass Buchenreinbestände nur unzulänglich in der Lage sind, den vollen regionalen Artenreichtum von Insekten zu erhalten. Wir schlagen vor, dass nachhaltige Waldnutzung darauf abzielen sollte, dass ein diverser Mix an strukturell verschiedenen Baumarten und individuen erhalten bleibt, wodurch die Habitatheterogenität erhöht wird, un mehr Ressourcen für eine artenreiche und hochfunktionelle Insektenlebensgemeinschaft zur Verfügung steht. | de |
dc.format.mimetype | application/pdf | de |
dc.language.iso | eng | de |
dc.rights.uri | http://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.html | de |
dc.title | Spatiotemporal patterns of insect diversity and multitrophic interactions across a tree diversity gradient | de |
dc.type | doctoralThesis | de |
dc.title.translated | Räumliche Muster von Insektendiversität und multitrophische Interaktionen entlang eines Baumartendiversitätsgradienten | de |
dc.contributor.referee | Tscharntke, Teja Prof. Dr. | de |
dc.date.examination | 2008-09-04 | de |
dc.subject.dnb | 570 Biowissenschaften, Biologie | de |
dc.description.abstracteng | Throughout the last decade, linking biodiversity with ecosystem functioning and services, such as pollination and biocontrol of pest species, has gained major attention in ecological research. In particular biodiversity loss due to human land use and disturbance has been determined as a major threat, eventually leading to a decline in ecosystem services and functions. The major proportion of global biodiversity can be found in forest ecosystems, and especially in tropical regions pristine forest habitats become more and more scarce. In temperate regions the situation is hardly any better: even though in Germany 30 % of land surface is covered by forest, the proportion of old-growth natural forest equals zero. Hence it is of immediate importance to identify the contribution of the remaining semi-natural forests to biodiversity and ecosystem functioning. Investigations in tropical rainforests have shown that insects in the forest canopy contribute highly to global biodiversity, but data on canopy fauna in temperate deciduous forests are scarce. Even though plant diversity in agricultural or experimental grassland habitats has often been related to insect diversity, no information is available whether the same relationship exists in forest habitats. In the study on hand, we related diversity and function of canopy and understory insect communities to a natural tree diversity gradient ranging from simple beech to mixed deciduous forest stands. The scope of our investigation was to analyse effects of canopy tree diversity on insect species richness, community structure and multitrophic interactions across various spatiotemporal scales in a real-world ecosystem, based on two major hypotheses: (1) insect diversity increases with increased canopy tree diversity, (2) herbivory decreases with increased canopy tree diversity. The study was conducted using 12 forest plots in the Hainich National Park, Germany s largest remaining semi-natural deciduous forest. A variety of methods was applied to sample the resident insect fauna, such as flight-interception traps, beating samples, and trap nests for cavity-nesting hymenopterans. Furthermore, herbivory of tree saplings was estimated (leaf area loss, abundance of galls and mines). This approach ensured that a variety of taxa (beetles, true bugs, bees, wasps and their natural enemies) and functions (herbivory, predation, parasitism) was included in the analyses. Total species richness (γ-diversity) of beetles and true bugs increased across the tree diversity gradient as hypothesised, and the same pattern was found for most functional groups (e.g forest specialists, predators etc.). Species richness of cavity-nesting bees and wasps did not respond to tree diversity. For beetles and true bugs, species turnover (β-diversity) in space and time contributed most (~90 %) to overall γ-diversity. Turnover between tree individuals was high if a sufficient number of tree replicates was analysed, even among trees of the same species in simple beech stands. Besides stand-level heterogeneity, between-tree heterogeneity apparently plays a major role in determining insect species richness in deciduous forests. Furthermore, the forest stands showed a distinct stratification of bee and wasp abundance, community composition, and parasitism rates. Enhanced resource availability (e.g. nesting sites, host and prey abundance) might be one reason why increased tree diversity also controls species richness, but not function of higher trophic levels. Concerning herbivory damage on tree saplings in the forest understory, leaf area loss was generally higher in maple compared to beech saplings, but only beech showed a decline in damage across the tree diversity gradient. No pattern was found for galls and mines. Relative abundance of predators on beech showed a seasonal response and increased on species-rich plots in June, suggesting higher biological control. Rather than tree diversity per se, the identity and abundance of the sampled tree species in most cases was a better predictor for the observed responses, and effects can be explained by mechanism of resource concentration and abundance of natural enemies (enemies hypothesis). In conclusion, our study gives new insights into the effects of tree diversity on insect species richness and multitrophic interactions. Although planted experiments are of great value for determining fundamental mechanisms behind observed effects, these effects might not occur or run differently in undisturbed, semi-naturally established forests, since planted experiments are insufficient in imitating the age structure and spatial heterogeneity of natural forests. By studying one of Europe s largest semi-natural deciduous forests we could demonstrate that complex biodiversity-functioning relationships are effective in real-world forest ecosystems, and that temporal and spatial species turnover is the key to understanding biodiversity patterns. It became evident that simple beech stands alone are unsatisfactory in conserving the full set of regional insect species richness. We suggest that sustainable forest management should aim at maintaining a diverse mix of structurally different tree species and individuals, thereby enhancing habitat heterogeneity and providing resources for a diverse and highly functional insect community. | de |
dc.contributor.coReferee | Steffan-Dewenter, Ingolf Prof. Dr. | de |
dc.subject.topic | Mathematics and Computer Science | de |
dc.subject.ger | Biodiversität | de |
dc.subject.ger | Artenvielfalt | de |
dc.subject.ger | Ökosystemfunkionen | de |
dc.subject.ger | Fagus sylvatica | de |
dc.subject.ger | Bienen | de |
dc.subject.ger | Wespen | de |
dc.subject.ger | Käfer | de |
dc.subject.ger | Wanzen | de |
dc.subject.ger | Herbivorie | de |
dc.subject.ger | Parasitismus | de |
dc.subject.ger | Räuber-Beute | de |
dc.subject.eng | biodiversity | de |
dc.subject.eng | ecosystem functioning | de |
dc.subject.eng | Fagus sylvatica | de |
dc.subject.eng | bees | de |
dc.subject.eng | wasps | de |
dc.subject.eng | beetles | de |
dc.subject.eng | true bugs | de |
dc.subject.eng | herbivory | de |
dc.subject.eng | parasitism | de |
dc.subject.eng | predator-prey | de |
dc.subject.bk | 42.91 Terrestrische Ökologie | de |
dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-1981-3 | de |
dc.identifier.purl | webdoc-1981 | de |
dc.affiliation.institute | Biologische Fakultät inkl. Psychologie | de |
dc.subject.gokfull | WNI 000 Biodiversität allgemein | de |
dc.identifier.ppn | 610438662 | de |