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Spider food webs: influence of cropping cycle and landscape heterogeneity in Philippine rice ecosystems

dc.contributor.advisorScheu, Stefan Prof. Dr.
dc.contributor.authorRadermacher, Nico
dc.date.accessioned2022-04-14T11:40:44Z
dc.date.issued2022-04-14
dc.identifier.urihttp://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/13991
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-9183
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject.ddc570de
dc.titleSpider food webs: influence of cropping cycle and landscape heterogeneity in Philippine rice ecosystemsde
dc.typedoctoralThesisde
dc.contributor.refereeScheu, Stefan Prof. Dr.
dc.date.examination2022-03-24de
dc.description.abstractgerReis ist das wichtigste Grundnahrungsmittel der Welt, das etwa 19 % des Kalorienbedarfs der Weltbevölkerung deckt und auf 163 Millionen Hektar angebaut wird. Reis liefert Nahrung und Einkommen für schätzungsweise 200 Millionen Reisbauern und ihre Familien und ist in vielen sozialen Kulturen weltweit tief verwurzelt. Die grüne Revolution hat zwar zu beeindruckenden Ertragssteigerungen geführt, doch der Einsatz von Agrochemikalien hat neue Probleme mit sich gebracht, wie z. B. wiederkehrende Ausbrüche von Reisschädlingen. Um das Potenzial der biologischen Schädlingsbekämpfung durch generalistische Räuber wie Spinnen in Reisökosystemen zu bewerten, wurde der Speiseplan von Spinnen an drei aufeinanderfolgenden Probenahmeterminen (Kapitel 2) und in drei Reisökosystemen mit unterschiedlich komplexen Lebensräumen (Kapitel 3) analysiert. Spinnen sind wichtige Akteure der natürlichen Bekämpfung von Reisschädlingen wie Spornzikaden (Delphacidae) und Zwergzikaden (Cicadellidae). Um die zeitlichen Veränderungen der Spinnenbeute und die durch die Landschaftsstruktur in der Umgebung von Reisfeldern bedingten Beuteschwankungen zu untersuchen, wurden die stabilen Kohlenstoff- und Stickstoffisotope von Reisfeld-Arthropoden an drei aufeinanderfolgenden Probenahmeterminen während der Reisanbausaison analysiert. Die anfängliche Isotopenzusammensetzung von Gnitzen (Ceratopogonidae) und Zuckmücken (Chironomidae), die aus submersen Reisfeldern auftauchen, deutet auf eine Ernährung mit aquatischen Gnitzen und Zuckmücken hin, während spätere Werte auf eine Umstellung auf aus Reis gewonnenen Kohlenstoff hindeuten. Die anfänglichen δ¹³C-Werte von Sporn- und Zwergzikaden waren in Feldern mit reisheterogenen Landschaften höher, was auf eine Migration von Ausgangspopulationen, die sich von C4-Gräsern ernähren, in Reisfelder hindeutet; später näherten sich ihre δ¹³C-Werte denen von Reis an. Die Isotopenwerte von netzbauenden und freijagenden Spinnen in den frühesten Proben deuten auf aquatische Gnitzen und Zuckmücken als Beute hin. Die spätere Verlagerung auf terrestrische Herbivore war bei kleinen Arten ausgeprägter als bei größeren und in Reisfeldern in der Nähe von Dauervegetation, was auf die Nutzung von Beutetieren aus der umgebenden Landschaft hinweist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich Reisfeldspinnen von drei verschiedenen Kohlenstoffquellen ernähren: (1) aus Algen stammenden aquatischen Kohlenstoff und (2) aus früheren Wachstumsperioden stammenden Kohlenstoff, die beide über die Prädation von Gnitzen und Zuckmücken zwischen den Anbauphasen aufgenommen werden, sowie (3) Kohlenstoff aus der laufenden Reissaison, der über Herbivore als Beute aufgenommen wird. Um regionale Unterschiede und Variationen in der Beute von Spinnen in Abhängigkeit von der Komplexität der Landschaft und der Bewirtschaftungsintensität zu untersuchen, haben wir die stabilen Isotopenverhältnisse von Kohlenstoff und Stickstoff von Reisfeldarthropoden aus drei Reisanbaugebieten auf den Philippinen analysiert. Die Untersuchungen wurden in der intensiv bewirtschafteten, hügeligen Tieflandregion Laguna, die durch zusätzlichen Obst- und Gemüseanbau gekennzeichnet ist, in der intensiv bewirtschafteten Tieflandregion Muñoz, die sich durch große Feldgrößen und weniger vielfältige Anbausysteme auszeichnet, und in der gering intensiv bewirtschafteten Hochlandregion Ifugao, die für ihre Reisterrassen bekannt ist, durchgeführt. Die δ¹³C-Werte adulter Zuckmücken wiesen darauf hin, dass sie sich während ihrer Entwicklung von Algen ernährt hatten, aber auch die Mückenlarven waren auf Kohlenstoff aus Reis angewiesen, insbesondere in Laguna. Sporn- und Zwergzikaden waren in allen Regionen in erster Linie auf Kohlenstoff aus Reis angewiesen, wobei die Zwergzikaden in Ifugao dazu neigten, sich zusätzlich von anderen Wirtspflanzen zu ernähren. Die Isotopenwerte von Spinnen deuten auf eine gemischte Ernährung hin, bei der der Kohlenstoff sowohl von aquatischer als auch von terrestrischer Beute stammt. Im Allgemeinen ernährten sich die Spinnen in Laguna und Ifugao stärker von aquatisch gewonnenem Kohlenstoff aus Mücken, während die Spinnen in Muñoz mehr terrestrisch gewonnenen Kohlenstoff aus Herbivoren aufnahmen. Die Landschaftsvielfalt, die Anzahl der das Feld umgebenden Habitate, die Vernetzung von Reisfeldbegrenzungen und die Form der Reisfelder hatten einen erheblichen Einfluss auf die Kohlenstoffquellen und die Zusammensetzung der Nahrung der Spinnen, allerdings in unterschiedlichem Ausmaß je nach Art. In Laguna und Ifugao mit komplexeren Landschaften verzehrten freijagende Wolfsspinnen (Lycosidae) größere Mengen an aquatischer Beute, während sie sich in der weniger komplexen Landschaft von Muñoz mehr von terrestrischer Beute ernährten. Die Mehrzahl der netzbildenden Kieferspinnen (Tetragnathidae) und Radnetzspinnen (Araneidae) ernährte sich in Muñoz und Ifugao von terrestrischer Beute, in Laguna jedoch hauptsächlich von aquatischer Beute, was auf eine Aufteilung der Ressourcen zwischen den einzelnen Fressgilden hindeutet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erhöhung der aquatischen Beute durch Mulchen und die Bereitstellung geeigneter Lebensräume durch die Bewirtschaftung der Vegetation auf den Reisfeldern, die Integration der Reisfelder in heterogene Landschaften und den Verzicht auf Pestizide wahrscheinlich hohe Spinnenpopulationen begünstigen und damit die biologische Kontrolle von Schädlingsarten in Reisfeldern stärken.de
dc.description.abstractengRice is the most important staple crop of the world, providing approximately 19% of the world population’s caloric uptake and being cultivated on 163 million ha. Rice provides food and income to an estimated 200 million rice farmers and their families and is deeply ingrained in many social cultures worldwide. While the green revolution has led to an impressing increase in yields the input of agrochemicals has resulted in new problems, such as reoccurring outbreaks of rice insect pests. To evaluate the potential of biological control by generalist predators, such as spiders, in rice-ecosystems the diets of spiders were analysed over three consecutive sampling dates (chapter 2) and in three rice-ecosystems of different habitat complexity (chapter 3). Spiders are important bio-control agents of rice insect pests such as planthoppers (Delphacidae) and leafhoppers (Cicadellidae). To investigate temporal changes in spider prey and variations in prey due to landscape structure around rice fields, carbon and nitrogen stable isotopes of rice field arthropods were analysed over three consecutive sampling dates during the rice cropping season. Initial isotope composition of gnats and midges emerging from submersed rice fields indicates a larval algae diet, while later values suggest a switch to rice-derived carbon. Initial δ¹³C values of plant- and leafhoppers were higher in fields of rice-heterogeneous landscapes, indicating migration from source populations feeding on C4 grasses into rice fields; later their δ¹³C values approached those of rice. Isotope values of web-building and cursorial spiders in the earliest samples indicate aquatic gnat and midge prey. The later shift toward terrestrial herbivore prey was more pronounced for small than for larger species and in rice paddies near permanent vegetation, indicating use of prey from the surrounding landscape. The results suggest that rice field spiders are supported by three different carbon pools: (1) aquatic carbon originating from algae and (2) legacy carbon from previous growing cycles, both incorporated via between-season predation on gnats and midges, and (3) carbon from the current rice season incorporated via herbivore prey. To investigate regional differences and variation in spider prey with landscape complexity and management intensity, we analysed carbon and nitrogen stable isotope ratios of rice field arthropods from three rice cropping regions in the Philippines. Research was conducted in the intensively managed, hilly lowland region Laguna, marked by additional fruit and vegetable cultivation, the intensively managed, lowland region Muñoz, characterized by high field sizes and less diverse cropping systems, and the low-intensity highland region Ifugao, known for its rice terraces. δ¹³C values of adult midges indicated that they had consumed algae during development, but midge larvae also relied on rice-derived carbon, especially in Laguna. Plant- and leafhoppers across all regions relied primarily on rice-derived carbon, with planthoppers in Ifugao tending to additionally feed on alternative host plants. Isotope values of spiders indicated a mixed diet with carbon derived from both aquatic and terrestrial prey. In general, spiders in Laguna and Ifugao more heavily relied on aquatic-derived carbon from midges while those in Muñoz incorporated more terrestrial-derived carbon. Landscape diversity, number of habitat patches surrounding the field, connectivity of rice bunds and shape of rice fields significantly impacted the carbon sources and diet composition of spiders, but the extent varied among species. Cursorial wolf spiders (Lycosidae) consumed greater amounts of aquatic prey in Laguna and Ifugao with more complex landscapes, and fed more on terrestrial prey in the less complex landscape of Muñoz. The majority of web-building long-jawed spiders (Tetragnathidae) and orb-weaver spiders (Araneidae) relied on terrestrial prey in Muñoz and Ifugao, but primarily on aquatic prey in Laguna, pointing towards resource partitioning between feeding guilds. In conclusion, increasing aquatic midge prey via mulching and provisioning of suitable habitats via vegetation management on bunds, integrating rice fields into heterogeneous landscapes and avoiding pesticides is likely to support high spider populations and thus strengthen biological control of pest species in rice paddies.de
dc.contributor.coRefereeSchuldt, Andreas Prof. Dr.
dc.subject.engrice fieldde
dc.subject.engstable isotopesde
dc.subject.enggeneralist predatorsde
dc.subject.engbiological controlde
dc.subject.engrice insect pestde
dc.subject.englandscape complexityde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-ediss-13991-5
dc.date.embargoed2023-03-22
dc.affiliation.instituteBiologische Fakultät für Biologie und Psychologiede
dc.subject.gokfullBiologie (PPN619462639)de
dc.description.embargoed2023-03-22de
dc.identifier.ppn179969576X


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