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Landscape context of bee, wasp and parasitoid diversity: grass-strip corridors, fallows and food webs

dc.contributor.advisorTscharntke, Teja Prof. Dr.de
dc.contributor.authorKrewenka, Kristin Mariede
dc.date.accessioned2012-07-18T15:09:56Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T10:19:35Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:21Zde
dc.date.issued2012-07-18de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-EF3F-6de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-1957
dc.description.abstractDie 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.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleLandscape context of bee, wasp and parasitoid diversity: grass-strip corridors, fallows and food websde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedBienen- Wespen- und Parasitoidendiversität im Landschaftskontext: Randstreifen-Korridore, Brachen und Nahrungsnetzede
dc.contributor.refereeTscharntke, Teja Prof. Dr.de
dc.date.examination2011-07-21de
dc.subject.dnb500 Naturwissenschaftende
dc.subject.gokWNI 000 Biodiversität allg.de
dc.description.abstractengThe 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.de
dc.contributor.coRefereeDormann, Carsten F. Prof. Dr.de
dc.subject.topicAgricultural Sciencesde
dc.subject.gerAgrarlandschaftde
dc.subject.gerBiodiversitätde
dc.subject.gerökosystemare Dienstleistungende
dc.subject.gerBestäubungde
dc.subject.gerLandschaftsgradientde
dc.subject.gerBienende
dc.subject.gerWespende
dc.subject.gerParasitoidede
dc.subject.gerKorridorede
dc.subject.gerBarrierende
dc.subject.gerBrachende
dc.subject.gerHabitatede
dc.subject.gerNahrungsnetzede
dc.subject.engAgricultural landscapede
dc.subject.engbiodiversityde
dc.subject.engecosystem servicesde
dc.subject.engpollinationde
dc.subject.engbiological controlde
dc.subject.enggradient of landscape complexityde
dc.subject.engbeesde
dc.subject.engwaspsde
dc.subject.engparasitoidsde
dc.subject.engcorridorsde
dc.subject.engfallowsde
dc.subject.engfood websde
dc.subject.enghabitatsde
dc.subject.bk43.31 Naturschutzde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3620-3de
dc.identifier.purlwebdoc-3620de
dc.affiliation.instituteFakultät für Agrarwissenschaftende
dc.identifier.ppn730558479de


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