Spatiotemporal patterns of insect diversity and multitrophic interactions across a tree diversity gradient

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.