Show simple item record

Effects of land-use intensity in grasslands on diversity, life-history traits and multitrophic interactions

dc.contributor.advisorTscharntke, Teja Prof. Dr.de
dc.contributor.authorBörschig, Carmende
dc.date.accessioned2012-04-25T18:41:38Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T14:32:56Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:13Zde
dc.date.issued2012-04-25de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-000D-F0CE-0de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3323
dc.description.abstractZunehmende Landnutzungsintät ist eine der Hauptursachen für den weltweiten Biodiversitätsverlust. Die Zahl der gefährdeten Arten steigt stetig an und nur wenige Arten - meist Generalisten - profitieren von der Landnutzungsintensivierung. Folglich beeinträchtigt steigende Landnutzungsintensität Arten mit bestimmten „life-history traits“ stärker als andere. Durch unterschiedlich intensive Landnutzung unterscheiden sich die biotischen und abiotischen Gegebenheiten für interagierende Arten und können deshalb multitrophische Interaktionen beeinflussen. Landnutzungsintensität beeinflusst viele Bereiche in der Ökologie, aber diese Effekte können in Regionen mit unterschiedlichen Umweltbedingungen verschieden ausfallen. In meiner Arbeit stellte ich die Frage, wie Landnutzungsintensität ökologische Aspekte wie Artenvielfalt und –abundanz und das Vorkommen gefährdeter Arten (Kapitel II), ökologische und „life-history traits“ (im Weiteren als „Traits“ abgekürzt) von Lebensgemeinschaften (Kapitel III) und multitrophische Interaktionen (Kapitel IV), beeinflusst. Mich interessierte, ob sich Effekte zwischen Regionen unterscheiden. In meiner Studie in Kapitel II habe ich Tagfalter und tagaktive Nachtfalter (im Weiteren als Schmetterlinge bezeichnet) als Zielgruppe ausgewählt. Aus Roten Listen Deutschlands habe ich die Gefährdungssituation von Arten erhalten. Ich erwartete einen Rückgang der Schmetterlingsarten, ihrer Abundanz und des Vorkommens gefährdeter Arten mit zunehmender Landnutzungsintensität in Abhängigkeit von der Region. In Kapitel III habe ich die tagaktiven Nachtfalter aus dem Datensatz des Kapitels II herausgenommen, da nur für Tagfalter verlässliche Daten zu zehn ausgewählten „Traits“ in der Literatur verfügbar sind. Ich erwartete, dass sich „Traits“ mit zunehmender Landnutzungsintensität von für Spezialisten typischen hin zu für Generalisten typischen verschieben. Weiterhin erwartete ich, dass Arten, die überwiegend „Traits“ von Spezialisten aufweisen, gefährdet sind. Um dies zu untersuchen, habe ich Schmetterlinge auf Transekten auf 137 Graslandflächen in drei verschieden Regionen Deutschlands gefangen. Die ausgewählten Graslandflächen zeigten in jeder Region einen Gradienten von sehr extensiver bis sehr intensiver Landnutzungsintensität. Um die Landnutzungsintensität zu berechnen, habe ich einen Landnutzungsintensitätsindex verwendet, der sich aus der Menge Dünger, Mahdhäufigkeit und der Beweidungsintensität zusammensetzt. In Kapitel IV behandle ich ein multitrophisches System, das aus vier Stufen besteht: Endophyten der Gattung Neotyphodium, die sich asexual in Gräsern vermehren („Bottom-up“-Kontrolle), der Wirtspflanze, an der Pflanze saugenden Blattläusen und deren natürlichen Feinden („Top-down“-Kontrolle). Frühere Feldstudien führten zu kontroversen Schlüssen bezüglich des Charakters der Symbiose zwischen Endophyten und ihren Wirtspflanzen, da einige Studien negative Wirkungen (Mutualismus), andere positive Wirkungen auf Herbivore (Parasitismus) zeigten. Ich nahm an, dass Effekte von Endophyten auf Blattlausabundanzen von Umweltbedingen in unterschiedlichen Regionen und unterschiedlich intensiv genutzten Graslandflächen und von Prädatoren, die eventuell Blattläuse von Endophyten-freien Pflanzen bevorzugen, beeinflusst werden. Für diese Studie habe ich in zwei Regionen 40 Graslandflächen ausgewählt, von denen in jeder Region zehn intensiv und zehn extensiv genutzt waren, um auf die damit einhergehenden unterschiedlichen Umweltbedingungen zu testen. Auf jede Graslandfläche habe ich vier Grastöpfe (Lolium perenne) mit Blattläusen (Rhopalosiphum padi) ausgebracht. Die Blattlauspopulationsgröße wurde regelmäßig aufgenommen. Das Gras war a) entweder mit Endophyten (Neotyphodium lolii) infiziert oder nicht und b) Prädatoren wurden ausgeschlossen oder hatten freien Zugang zu den Töpfen. In allen drei Studien (Kapitel II-IV) konnte ich einen starken Effekt der Landnutzungsintensität auf die getesteten Variablen feststellen und einige Effekte unterschieden sich zwischen den Regionen. Die Schmetterlingsartenvielfalt und -abundanz, die in Kapitel II untersucht wurden, nahmen nur in zwei Regionen signifikant ab, aber nicht der dritten. Ähnlich war das Vorkommen gefährdeter Schmetterlingsarten durch die Landnutzungsintensität beeinflusst. Der Regionenunterschied des Landnutzungseffekts ist wahrscheinlich durch die Größe der unterschiedlichen regionalen Artenpools und der korrelierenden Anzahl gefährdeter Arten und des Vorhandenseins von Kalkmagerrasen in nur zwei Regionen bedingt. In artenreichen Regionen mit vielen gefährdeten Arten sind Landnutzungsintensitätseffekte stark ausgeprägt im Gegensatz zu artenarmen Regionen, in denen es meist nur gewöhnliche Arten gibt, die nicht stark auf intensive Landnutzung reagieren. Zudem stellen Kalkmagerrasen, die in der artenarmen Region fehlen, ein wichtiges Habitat für Schmetterlinge dar. Ich konnte zeigen, dass Düngung und steigende Beweidungsintensität, aber nicht die Mahdfrequenz die Artenvielfalt signifikant verringerten. In Kapitel III zeigte ich, dass sich acht der zehn getesteten „Traits“ von Tagfaltergemeinschaften mit steigender Landnutzungsintensität von Spezialisten-typischen hin zu Generalisten-typischen „Traits“ veränderten (breitere Nahrungsnische, höhere Ausbreitungsfähigkeit, stärkeres Wanderverhalten, größeres Verbreitungsgebiet, geringere Populationsdichte, Schlupf von mehr als einer Generation pro Jahr, Überwinterung in einem höher entwickelten Raupenstadium und eine längere Flugzeit). Ein Vergleich des Gefährdungsgrades der Arten in der Roten Liste 2008 und einer Kombination von „Traits“ für jede Art zeigte, dass Arten mit mehreren „Traits“, die typisch für extensiv genutzte Graslandflächen und damit für Spezialisten sind, gefährdet sind. Das weist darauf hin, dass nur Arten mit „Traits“ von Generalisten in der Lage sind, mit häufigen Störungen im Habitat und unbeständiger Futterpflanzenverfügbarkeit, welches beides durch hohe Landnutzung verursacht ist, umgehen können. In dem multitrophischen System in Kapitel IV konnte ich starke Effekte durch Landnutzungsintensität und Prädatoren auf die Blattlausabundanz feststellen. Der Effekt der Endophyten dagegen war schwach und Regionen-abhängig. Endophyten verringerten die Blattlausabundanz nur in einer der beiden Regionen. Prädatoren und Landnutzungsintensität hatten keinen zusätzlichen Einfluss auf den Effekt der Endophyten. Insgesamt weist dies darauf hin, dass Effekte von Endophyten auf Herbivore eine geringere Bedeutung in natürlichen Systemen haben, wenn sie mit anderen Herbivoren-beeinflussenden Faktoren wie Region, Landnutzungsintensität oder Räubern verglichen werden, und dass die Effekte der Endophyten abhängig von den Umweltbedingungen sind. In Kapitel II und III wurde die Bedeutung von Kalkmagerrasen und anderen Graslandflächen mit extensiver Landnutzungsintensität in Regionen mit einem hohen Artenpool für den Schutz hoher Schmetterlingsartenvielfalt, -abundanz, gefährdeter Arten und spezialisierter Arten gezeigt. „Trait“-Daten von Arten können herangezogen werden, um den Gefährdungsgrad einer Art zu bewerten, und sind daher höchst wertvoll für den Naturschutz. Im vierten Kapitel habe ich gezeigt, dass der Effekt von Endophyten auf Herbivore von Umweltbedingungen abhängig ist, was in zukünftigen Feldstudien berücksichtigt werden muss. Die Bedeutung von Endophyten in Gräsern im Vergleich zu anderen Herbivoren-beeinflussenden Faktoren muss für Feldstudien überdacht werden. Zusammenfassend konnte ich zeigen, dass die Landnutzungsintensität in allen Studien die Untersuchungsobjekte beeinflusst hat. Daher gilt Landnutzung als ein wichtiger Faktor, der in zukünftigen ökologischen Studien berücksichtigt werden muss. Manche Effekte unterschieden sich zwischen den Regionen, weshalb Beobachtungen und Experimente in verschiedenen Regionen zu wiederholen sind, um generelle Aussagen über Ergebnisse machen zu können oder um regional bedingte Unterschiede aufzudecken.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleEffects of land-use intensity in grasslands on diversity, life-history traits and multitrophic interactionsde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedAuswrikungen der Landnutzungsintensität in Grünländern auf Diversität,de
dc.contributor.refereeTscharntke, Teja Prof. Dr.de
dc.date.examination2012-03-07de
dc.subject.dnb500 Naturwissenschaftende
dc.subject.gokRA 000de
dc.description.abstractengLand-use intensification is identified as one of the major threats for biodiversity worldwide. The number of endangered species is increasing and only few species mostly generalists seem to benefit from land-use intensification. Consequently, land-use intensification affects species with specific life-history trait characteristics stronger than others. Different levels of land-use intensity provide different biotic and abiotic contexts for interacting species and thus can influence multitrophic interactions differently. Land-use intensity influences many ecological aspects, but regions with different environmental context can modify such effects. Therefore, in my thesis I asked how land-use intensity affects ecological variables such as species richness, abundance and the occurrence of endangered species (chapter II), ecological and life-history trait characteristics (hereafter referred as traits) (chapter III) and multitrophic interactions (chapter IV). I was interested, if effects differ between regions. For my study in chapter II I used butterflies and day-active moths (hereafter termed Lepidoptera) as a target group. I obtained the threat status from Red Lists of Germany to identify endangered species. I expected a decline of Lepidoptera species richness, abundance and the occurrence of endangered species with increasing land-use intensity dependent on the region. In chapter III I excluded day-active moths from the dataset used in chapter II, because only for butterflies sufficient data on ten selected ecological and life-history traits were available in the literature. I expected traits to change with increasing land-use intensity from characteristics of specialists to such of generalists due to frequent habitat disturbances. Further, I expected species with trait characteristics of specialists to be endangered. For these investigations I caught butterflies and day-active moths on 137 grassland sites using fixed transect walks in three different regions in Germany. The selected grasslands showed a gradient from very extensively to very intensively land-use intensity in each region. To assess land-use intensity I used a land-use intensity index comprising amount of fertiliser, mowing frequency and grazing intensity. In chapter IV I used a multitrophic system of four levels with the asexual in grass living endophyte of the genus Neotyphodium (bottom-up control), the host grass, leaf-sucking aphids and natural enemies of aphids (top-down control). Former field studies led to contrasting conclusion on the nature of the endophyte-grass symbiosis; some studies showing defensive endophytic effects on herbivores (mutualism) others supportive endophytic effects on herbivores (parasitic). I expected the endophyte effect on aphid abundance to be weak and to be modified by different environmental context of different regions or different land-use intensities and predators preferring aphids from uninfected plants. For this study, I selected 40 grassland sites in two regions, in each region ten intensively and ten extensively managed ones to account for effects of the environmental context. On each grassland site I placed four grass pots (Lolium perenne) with aphids (Rhopalosiphum padi). The aphid population size was regularly documented. The grass was a) either infected with an endophyte (Neotyphodium lolii) or not and b) predators were excluded or had free access to the pots. In all three studies (chapter II-IV) a strong land-use intensity effect was shown on the tested response variables and some responses were modified by the region. The Lepidoptera species richness and abundance studied in chapter II decreased with increasing land-use intensity only in two regions significantly, but not in the third; similarly was the occurrence of endangered Lepidoptera affected by land-use intensity. The region dependent responses were probably caused by different regional species pools and the related number of endangered species and the presence of calcareous grasslands in only two regions. In species rich regions with many endangered species effects of land-use intensity were strong contrasting to species poor regions. Species poor regions have mainly common species, which are less sensitive to increasing land-use intensity than endangered species. Calcareous grasslands, which are lacking in the species poor region, are an important habitat for high species diversity. I showed that fertilisation and increasing grazing intensity, but not increasing mowing frequency decreased Lepidoptera species richness and abundance significantly. In chapter III I showed that eight of the ten tested traits of butterfly communities changed with increasing land-use intensity from specialist characteristics to generalist characteristics: broader feeding niche, higher dispersal ability, higher migration propensity, higher distribution range, lower population density, brood of more than one generation per year, hibernation in a more advanced larval stage and a longer flight period. The species threat status in the Red List 2008 compared with the trait characteristic combination for each species showed that species with several trait characteristics specific to extensively managed grasslands are endangered. This indicates that only species with generalist trait characteristics are able to cope with high a disturbance frequency and unreliable food resource availability caused by high land-use intensity. I showed in chapter IV for the multitrophic system that aphid abundance was strongly affected by the region, land-use intensity and predators. In contrast, the effect of endophytes was weak and region dependent, reducing aphid abundance only in one, but not the other region. Land-use intensity and predators had no further modifying effects on the endophyte effect. This indicates that endophyte effects on herbivores might be less important in natural systems compared to other forcing factors on herbivores such as region, land-use intensity and predators and that endophyte effects depend on the environmental context. In chapter II and III calcareous grasslands and other grasslands with extensive management intensity were shown to be of major importance especially in regions with a high species pool for high Lepidoptera species richness, abundance, endangered species and specialists. Ecological and life-history traits of species can be considered to evaluate the threat status of a species and are therefore highly valuable for conservation. In chapter IV I showed that the endophyte effect on herbivores was dependent on the environmental context, which has to be considered in future field studies. The importance of endophyte effects on herbivores has to be reconsidered in comparison with other variables. In conclusion, changing land-use intensity affected the response variables in all three studies. Consequently, land-use intensity has a great influence on many aspects in ecology and is an important factor to consider in future studies. Some effects differed between regions; this shows the importance to repeat surveys and experiments in different regions to draw reliable general conclusions from the results or to point out possible regional differences.de
dc.contributor.coRefereeKrauss, Jochen PD Dr.de
dc.contributor.thirdRefereeKlein, Alexandra-Maria Prof. Dr.de
dc.subject.topicGöttingen Centre for Biodiversity and Ecology (GCBE)de
dc.subject.gerBlattläusede
dc.subject.gerBottom-upde
dc.subject.gerendophytische Pilzede
dc.subject.gergefährdete Artende
dc.subject.gerGrünlandde
dc.subject.gerLandnutzungsintensitätde
dc.subject.gerLife-History traitsde
dc.subject.gerNachtfalterde
dc.subject.germultitrophische Interaktionende
dc.subject.gerSchmetterlingede
dc.subject.gerTop-downde
dc.subject.engaphidsde
dc.subject.engbottom-upde
dc.subject.engbutterfliesde
dc.subject.engendangered speciesde
dc.subject.engendophytic fungide
dc.subject.enggrasslandde
dc.subject.england-use intensityde
dc.subject.englife-history traitsde
dc.subject.engmothsde
dc.subject.engmultitrophic interactionsde
dc.subject.engtop-downde
dc.subject.bk42.91de
dc.subject.bk42.75de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3480-5de
dc.identifier.purlwebdoc-3480de
dc.affiliation.instituteGöttinger Zentrum für Biodiversitätsforschung und ökologie (GZBö)de
dc.identifier.ppn720416310de


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record