1) Modern European agricultural landscapes form a patchy mosaic of highly fragmented natural and semi-natural habitat remnants embedded in a matrix of intensively managed agricultural land. In those landscapes many organism frequently cross habitat borders including the crop – non-crop boundary, hereby connecting the biotic interactions of multiple habitat types. Therefore biodiversity and ecosystem functions within habitats are expected to depend on adjacent habitat types and the surrounding landscape matrix. In this thesis the biodiversity of non-crop habitats, and ecosystem services and disservices in crop habitats were studied in the human-dominated agricultural landscape in the district Lower Franconia, Bavaria, Germany. First we examined the effect of adjacent habitat type on species composition, diversity and ecosystem functions in semi-natural calcareous grasslands, a biodiversity-rich habitat of high conservation value (chapter 2 and 3). Second we studied the effect of habitat composition in the landscape on herbivory, biological pest control and yield in oilseed rape fields (chapter 4).
2) We examined the effect of adjacent habitat type on the diversity of carabid beetles in 20 calcareous grasslands using pitfall traps. Half of the grasslands were adjacent to a coniferous forest and half to a cereal crop field. We found different species compositions of carabid beetles depending on adjacent habitat type. In addition calcareous grasslands adjacent to crop fields harboured a higher species richness and activity density but a lower evenness of carabid beetles than calcareous grasslands adjacent to forests. These differences can be explained by the spillover of carabid beetles from the adjacent habitats. After crop harvest carabid beetle activity density in crop fields decreased while in parallel the activity density in the calcareous grasslands adjacent to the crop fields increased, indicating an unidirectional carabid beetle spillover. Our results underline that type and management of adjacent habitats affect community composition and diversity in calcareous grasslands. Therefore nature conservation measures, which focused on the improvement of local habitat quality so far, additionally need to consider adjacent habitat type.
3) In addition to carabid beetle communities we also surveyed predation rates of ground-dwelling predators on the same calcareous grasslands in two study periods (June and late August). As ground-dwelling predators of forests or crop fields can move into adjacent calcareous grasslands we expected different predation rates depending on adjacent habitat type. We exposed in total 32.000 lady bird eggs as prey items on the calcareous grasslands in distances of 5 and 20m from the habitat border. We found higher predation rates on calcareous grasslands adjacent to forests than on calcareous grasslands adjacent to crop fields, but only on cool days. On warm days a very high extent (often 100%) of the exposed prey items were consumed adjacent to both habitat types, which did not allow the detection of possible differences between the adjacent habitat types. Predation rates differed not between the two study periods or the two distances to the habitat edge. The higher predation rates adjacent to forests can be explained by the spillover of ground-dwelling predators from forests into calcareous grasslands. Our results show, that spillover into semi-natural habitats affects ecosystem functioning in addition to species composition and diversity.
4) In chapter 4 of this thesis we examined the effect of spatiotemporal changes in crop cover on pest - natural enemy interactions and crop yields. During two study years we surveyed the abundance of adult and larval pollen beetles, parasitism of pollen beetle larvae by a hymenopteran parasitoid and oilseed rape yields of 36 oilseed rape fields. The surrounding landscape of the fields (1 km radius) differed in the oilseed rape proportion and in the inter-annual change in the oilseed rape proportion since the previous year. We found a dilution effect, i.e. a decreasing abundance with increasing oilseed rape proportions, for pollen beetle larvae and parasitoids in both study years and for adult pollen beetles in one study year. Oilseed rape yields increased with increasing oilseed rape proportions. Inter-annual changes in oilseed rape proportions led to inter-annual crowding and dilution effects for pollen beetles, but had no effect on parasitism or yield. Our results indicate the potential to reduce pest loads and increase yields in intensively managed oilseed rape fields by a coordinated management of the spatiotemporal oilseed rape cover in the landscape.
5) In summary, we showed in this thesis that the biodiversity and functioning of crop and non-crop habitats within agricultural landscapes is affected by the spillover of organisms and thus by the habitat composition in the close surrounding and in the broader landscape context. Spillover affects also ecosystem services and disservices and therefore crop productivity. Thereby the spatial and temporal variation of specific crop types in the landscape can be of particular importance for crop yields. Thus a coordinated landscape wide management can help to optimize both biodiversity conservation and the delivery of ecosystem services and thus crop yields. Future studies integrating landscape effects across several ecosystem functions, multiple taxonomic groups and different crop types are necessary to develop definite landscape management schemes. / 1) Heutige europäische Agrarlandschaften bestehen aus einem Mosaik stark fragmentierter natürlicher und halbnatürlicher Habitate, die in eine Matrix aus intensiv bewirtschafteten Agrarflächen eingebettet sind. In solchen Landschaften überqueren Organismen häufig Habitatgrenzen, einschließlich der Grenze zwischen Agrar- und Nichtagrarhabitaten. Dabei verknüpfen sie die biotischen Interaktionen der verschiedenen Habitate miteinander. Deshalb ist zu erwarten, dass die Diversität und die Ökosystemfunktionen in Habitaten auch von den Nachbarhabitaten und der umgebenden Landschaft beeinflusst werden. In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir die Diversität halbnatürlicher Habitate sowie die Ökosystemdienstleistungen in Agrarhabitaten im Bezirk Unterfranken in Bayern, Deutschland. Zum einen untersuchten wir den Einfluss von zwei verschiedenen Nachbarhabitattypen auf die Artenzusammensetzung, die Diversität und die Ökosystemfunktionen in halbnatürlichen Kalkmagerrasen, einem sehr artenreichen Habitat mit hohem Naturschutzwert (Kapitel 2 und 3). Zum anderen untersuchten wir den Einfluss der Habitatzusammensetzung in der Landschaft auf die Herbivorie, die biologische Schädlingskontrolle und den Ertrag in Rapsfeldern (Kapitel 4).
2) Mit Hilfe von Barberfallen untersuchten wir den Einfluss von zwei benachbarten Habitattypen auf die Diversität von Laufkäfern in 20 Kalkmagerrasen. Die Hälfte der Kalkmagerrasen grenzte an einen Nadelwald, die andere Hälfte an einen Getreideacker. Wir fanden unterschiedliche Artenzusammensetzungen der Laufkäfer in Abhängigkeit vom Nachbarhabitat. Außerdem fanden wir auf den Kalkmagerrasen neben Getreideäckern einen höheren Artenreichtum und eine höhere Aktivitätsdichte sowie eine geringere Evenness der Laufkäfer als auf den Kalkmagerrasen neben Nadelwäldern. Diese Unterschiede können durch den spillover von Laufkäfern aus den zwei unterschiedlichen Nachbarhabitaten erklärt werden. Nach der Getreideernte sank die Aktivitätsdichte der Laufkäfer auf den Getreideäckern und stieg parallel in den benachbarten Kalkmagerrasen an. Das weist auf einen einseitig gerichteten Spillover der Laufkäfer vom Acker auf die Kalkmagerrasen nach der Getreideernte hin. Unsere Ergebnisse zeigen, dass sowohl der Habitattyp als auch das Management benachbarter Habitate die Artenzusammensetzung und die Diversität auf Kalkmagerrasen beeinflusst. Daher sollten Naturschutzmaßnahmen, welche sich bisher nur auf die Verbesserung der lokalen Habitatqualität konzentrierten, zusätzlich den Habitattyp und das Management benachbarter Habitate berücksichtigen.
3) Neben der Zusammensetzung der Laufkäfergemeinschaften untersuchten wir auf den gleichen Kalkmagerrasen die Prädationsraten von auf dem Boden lebenden Prädatoren in zwei Untersuchungszeiträumen (Juni und Ende August). Da Prädatoren benachbarter Wälder oder Äcker auch in Kalkmagerrasen eindringen können, erwarteten wir unterschiedliche Prädationsraten in Abhängigkeit vom Nachbarhabitat. Wir brachten insgesamt 32.000 Marienkäfereier als Beute auf den Kalkmagerrasen aus. Die Eier wurden in Distanzen von 5 m und 20 m zur Habitatgrenze exponiert. Wir fanden höhere Prädationsraten auf den Kalkmagerrasen neben Wäldern als auf denen neben Äckern, allerdings nur an kühlen Tagen. An warmen Tagen wurden die exponierten Eier neben beiden Nachbarhabitaten zu sehr hohen Anteilen (oft zu 100%) konsumiert, was es nicht ermöglichte potentielle Unterschiede zwischen den beiden Nachbarhabitattypen zu ermitteln. Wir fanden keine Unterschiede in den Prädationsraten zwischen den beiden Untersuchungszeiträumen oder zwischen den zwei Distanzen zur Habitatgrenze. Die höheren Prädationsraten auf Kalkmagerrasen neben Wäldern an kühlen Tagen können durch den spillover von am Boden lebenden Prädatoren aus den Wäldern in die Kalkmagerrasen erklärt werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Spillover in halbnatürliche Habitate neben der Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft auch Ökosystemfunktionen beeinflussen kann.
4) In Kapitel 4 dieser Arbeit untersuchten wir den Einfluss von räumlichen und zeitlichen Änderungen in der Rapsanbaufläche auf die Interaktionen zwischen Schädlingen und natürlichen Gegenspielern sowie auf Erträge. Dazu untersuchten wir in zwei Jahren auf insgesamt 36 Rapsfeldern die Abundanz adulter und larvaler Rapsglanzkäfer, Parasitierungsraten von Rapsglanzkäferlarven durch eine Schlupfwespe und Rapserträge. Die Landschaften im 1km Radius um die Rapsfelder unterschieden sich im Rapsanteil und in der Änderung des Rapsanteils seit dem Vorjahr. Wir fanden Verdünnungseffekte, d.h. eine sinkende Abundanz mit zunehmendem Rapsanteil, für Rapsglanzkäferlarven und Parasitoide in beiden Untersuchungsjahren und für adulte Rapsglanzkäfer in einem Untersuchungsjahr. Rapserträge stiegen mit höheren Rapsanteilen in der Landschaft. Eine Vergrößerung des Rapsanteils seit dem Vorjahr führte zu einer Verdünnung der Rapsglanzkäferpopulationen auf der vergrößerten Rapsfläche und eine Verringerung des Rapsanteils zur Konzentration auf der verkleinerten Rapsfläche. Die zeitliche Änderung des Rapsanteils hatte aber keinen Einfluss auf die Parasitierungsrate oder den Ertrag. Unsere Ergebnisse unterstreichen das Potential durch Management der räumlichen und zeitlichen Verteilung der Rapsanbaufläche Schädlingsdichten verringern und Rapserträge erhöhen zu können.
5) Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass die Biodiversität und die Funktionen von Agrar- und Nichtagrarhabitaten in Agrarlandschaften durch den Spillover von Organismen und folglich durch die Habitatzusammensetzung in der unmittelbaren und weiteren Umgebung bestimmt werden. Spillover beeinflusst dabei auch Ökosystemdienstleistungen und daher die Produktivität in der Landwirtschaft. Die räumliche und zeitliche Variation der Anbaufläche einzelner Anbaufrüchte hat dabei eine besondere Bedeutung für landwirtschaftliche Erträge. Daher kann ein koordiniertes Landschaftsmanagement helfen, sowohl die Biodiversität in der Landschaft als auch die Produktivität von Agrarhabitaten zu optimieren. Um konkrete Landschaftsmanagementpläne entwickeln zu können, sind weitere Studien, die gleichzeitig mehrere Ökosystemfunktionen, verschiedene taxonomische Gruppen und unterschiedliche Anbaufrüchte untersuchen, nötig.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:11354 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Schneider, Gudrun |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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