Impacts of wet grassland management and winter severity on wader breeding numbers in eastern Denmark

Attempts to reverse the population declines of many wader species in Denmark and other parts of Europe during the last 20–30 years have resulted in the application of several management implements. In this study we evaluate the effect of two management implements (grazing by cattle and winter flooding) on the number of breeding pairs of lapwing, redshank, avocet, ringed plover, and oystercatcher in the Klydesø reserve, eastern Denmark, from 1990 to 2001. We also include a proxy of winter climate, the index of the North Atlantic Oscillation (NAO), in our models in order to quantify the relative importance of the applied management and winter severity. Lapwing and avocet breeding numbers increased significantly concurrent with the application of cattle grazing, most likely due to an increased number of nesting sites and/or improved predator detection. Conversely, oystercatcher breeding numbers declined as the fraction of the reserve grazed by cattle increased, which may be attributed to changes in food availability on the grazed areas, but also due to increased predation risk. Ringed plover and redshanks in particular responded positively to the introduction of winter flooding, possibly due to increased availability of suitable foraging sites. Ringed plover may also experience increased nest site availability after winter flooding. Oystercatcher and ringed plover were both affected by winter severity, but with opposite trends, and oystercatcher breeding numbers increased after mild winters, while ringed plover decreased. Remaining species were not influenced by winter severity. The possible reason for this is discussed by comparing the lapwing breeding numbers in Klydesø reserve to Tipperne reserve in western Denmark. Though winter severity may seem of no importance for some of the species in the Klydesø reserve, it may still be important in areas where the management effort is constant.Die Versuche, die Populationsabnahme vieler Watvogelarten in Dänemark und anderen Teilen Europas in den letzten 20–30 Jahren umzukehren, resultierten in der Anwendung verschiedener Management-Methoden. In dieser Studie bewerten wir die Auswirkung von zwei Management-Methoden (Viehbeweidung und Winterüberflutung) auf die Anzahl der Brutpaare von Kiebitz, Rotschenkel, Säbelschnäbler, Sandregenpfeifer und Austernfischer im Klydesø Schutzgebiet, östliches Dänemark, von 1990 bis 2001. Wir nahmen ausserdem eine Stellvertretervariable für das Winterklima in unsere Modelle auf, den Index der Nordatlantischen Oszillation (NAO), um die relative Wichtigkeit des angewendeten Managements und der Winterhärte zu quantifizieren. Die Brutvogelzahlen von Kiebitz und Säbelschnäbler nahmen signifikant mit dem Einsatz der Viehbeweidung zu, am wahrscheinlichsten aufgrund einer erhöhten Anzahl von Brutplätzen und/oder aufgrund einer verbesserten Räuberwahrnehmung. Die Brutvogelzahl der Austernfischer nahm dazu gegenläufig mit der Zunahme des von Vieh beweideteten Anteils des Schutzgebietes ab, was auf die Veränderung der Nahrungsverfügbarkeit in den beweideten Flächen zurückzuführen sein mag, aber auch auf ein erhöhtes Prädationsrisiko. Besonders die Sandregenpfeifer und Rotschenkel reagierten positiv auf die Einführung der Winterüberflutung, möglicherweise aufgrund der erhöhten Verfügbarkeit von Nahrungshabitaten. Sandregenpfeifer könnten ebenfalls eine erhöhte Brutplatz-Verfügbarkeit nach der Winterüberflutung erfahren.Die Austernfischer und Sandregenpfeifer waren von der Winterhärte beeinflusst, jedoch mit gegenläufigen Trends. Die Brutvogelzahlen der Austernfischer nahmen nach milden Wintern zu, während die der Sandregenpfeifer abnahmen. Die bleibenden Arten wurden nicht von der Winterhärte beeinflusst. Der mögliche Grund dafür wird erörtert, indem wir die Brutvogelzahlen der Kiebitze zwischen dem Klydesø Schutzgebiet und dem Tipperne Schutzgebiet im westlichen Dänemark vergleichen. Obwohl die Winterhärte für einige der Arten im Klydesø Schutzgebiet keine Wichtigkeit zu haben schien, kann sie immer noch in Gebieten wichtig sein, in denen das Management gleichbleibend ist.     

High occurrence of red-listed bryophytes and lichens in mature managed forests in boreal Sweden

Successful biodiversity conservation needs to be based on reliable data regarding the distribution and abundance of species. Red Lists summarize the status of rare and declining species. Here we present the first detailed survey (10 m × 10 m resolution) of nationally red-listed bryophytes and lichens at stand level in boreal forests. 30 managed forest production stands in boreal Sweden, soon to be harvested, were surveyed in detail regarding red-listed bryophytes and lichens. On the 180 ha totally investigated, 33 red-listed species were found, representing 35% of all forest red-listed bryophytes and lichens so far recorded from this part of Sweden. The mean number of red-listed species per stand was 10 and varied between 5 and 16. Excluding three species which were so common that, given the time-limit, it was not possible to record all of their occurrences, there were on average 6 number of observations ha⁻¹. The presence and density exceed those earlier found in ‘key habitats’, defined as hot-spots for red-listed species. Almost all observations were made on trees, with 48% on living trees and 52% on dead. Altitude, area and stem volume explained 67% of the red-list species density. The results highlight the importance of unprotected areas for rare and declining species and point to a hitherto unacknowledged high biodiversity value of mature managed boreal forest stands, shaped by a less intense forestry than today's. It also raises questions regarding the use of red-listed species to identify areas of importance to biodiversity. Objective and systematic surveys of red-listed species in the forest landscape, including younger stands, are urgent.Der erfolgreiche Schutz der Biodiversität muss auf verlässlichen Daten über die Verbreitung und Abundanz der Arten basieren. Rote Listen fassen den Status seltener und abnehmender Arten zusammen. Hier präsentieren wir die erste detaillierte Erfassung (10 m × 10 m Auflösung) von Bryophyten und Flechten der nationalen Rote Liste auf Bestandsniveau in borealen Wäldern. Im borealen Schweden wurden in 30 bewirtschafteten Produktionswälder, die bald geerntet werden sollen, die Bryophyten und Flechten der Roten Liste im Detail erfasst. Auf den insgesamt untersuchten 180 ha wurden 33 Arten der Roten Liste gefunden, die 35% aller Wald-Bryophyten und-Flechten der Roten Liste repräsentieren, die bisher in diesem Teil Schwedens erfasst wurden. Die mittlere Anzahl derRote-Liste-Arten pro Bestand war 10 und variierte zwischen 5 und 16. Unter Ausschluss von drei Arten, die so gewöhnlich waren, dass es bei dem gegebenen Zeitlimit nicht möglich war alle ihre Vorkommen zu erfassen, gab es im Durchschnitt 6 Beobachtungen ha⁻¹. Vorkommen und Dichten übertrafen die früher in “Schlüsselhabitaten” gefundenen, die als ‘hot spots’ bezeichnet werden. Fast alle Beobachtungen wurden auf Bäumen gemacht, mit 48% auf lebenden und 52% auf toten Bäumen. Die Höhe, das Gebiet und das Stammvolumen erklärten 67% der Dichte der Rote-Liste-Arten. Die Ergebnisse heben die Wichtigkeit nicht-geschützter Gebiete für seltene und abnehmende Arten hervor und weisen auf einen bisher nicht wahrgenommenen hohen Biodiversitätswert von alten bewirtschafteten borealen Waldbeständen hin, die von einer weniger intensiven Forstwirtschaft als der heutigen geformt wurden. Es stellen sich ebenso Fragen, die die Verwendung der Rote-Liste-Arten betreffen, um für die Biodiversität wichtige Gebiete zu identifizieren. Objektive und systematische Erfassungen der Rote-Liste-Arten in Waldlandschaften inklusive der jüngeren Bestände sind dringend.     

Method in macroecology

Macroecology is concerned with understanding the abundance and distribution of species at large spatial and temporal scales. Understanding pattern and process in macroecology thus presents a considerable methodological challenge, as the scales of interest are simply too large for the traditional ecological approach of experimental manipulation to be possible or ethical. Here, I summarise the methods that have been most commonly employed to explore macroecological questions, discuss important methodological issues that need to be considered when interpreting macroecological data, and suggest likely future developments in macroecological methodology.

Zusammenfassung

Die Makroökologie befasst sich mit dem Verständnis der Abundanz und der Verbreitung der Arten in großen räumlichen und zeitlichen Maßstäben. Das Verständnis von Mustern und Prozessen in der Makroökologie stellt deshalb eine beträchtliche methodische Herausforderung dar, weil die Skalen von Interesse für die traditionelle ökologische Vorgehensweise der experimentellen Manipulation einfach zu groß sind, als dass sie möglich oder ethisch vertretbar wäre. Hier fasse ich die Methoden zusammen, die am häufigsten zum Einsatz kommen, um makroökologische Fragen zu erforschen, diskutiere wichtige methodische Punkte, die beachtet werden müssen, wenn makroökologische Daten interpretiert werden, und deute auf wahrscheinliche zukünftige Entwicklungen in der makroökologischen Methodik hin.     

Species turnover at small scales in dune slack plant communities

Patterns of both species accumulation with increasing area and of individual species occurrences depend on the scale level considered. This study investigated community diversity and individual species turnover patterns between four scale levels within 2×2 m² nested plots situated in a dune slack plant community. The number of species increased with plot area following a log–log function, with a slope of 0.23. However, species turnover was higher between the lowest scale levels, indicating limitations on species occurrences at the 25×25 cm² scale level. Alpha diversity in rectangular plots was significantly higher than in square plots of the same area. There were strong differences between individual species turnover patterns. Most species occurrence patterns had a box-counting fractal dimension value between 0.8 and 1.6, which is rather low compared with other studies on larger scale levels. Analyses of occurrence probabilities and scale area plots showed that there is a systematic deviation from self-similarity at the smallest scale level. Species had a lower frequency than expected from a fractal distribution, suggesting a higher level of species aggregation. The higher species diversity turnover at the smallest scale level can be linked to a higher spatial aggregation of individual species, due to biotic or abiotic limitations on their occurrence. These results confirm the general nature of the pattern of break-down of self-similarity at the smallest scale level considered.

Zusammenfassung

Sowohl das Muster des Artenanstiegs mit zunehmender Fläche als auch das Muster des Auftretens einzelner Arten hängen vom betrachteten Skalenlevel ab. Diese Studie untersuchte die Diversität der Lebensgemeinschaft und die Muster der Fluktuationen einzelner Arten auf vier Skalenlevels innerhalb von 2×2 m² ineinander geschachtelten Versuchsflächen in einer Pflanzengemeinschaft der Dünentäler. Die Zahl der Arten nahm mit der Versuchsfläche entsprechend einer log–log Funktion mit einer Steigung von 0.23 zu. Die Artenfluktuation zwischen den niedrigsten Skalenlevels war jedoch größer und weist darauf hin, dass es Limitierungen für das Auftreten der Arten auf dem 25×25 cm² Skalenlevel gibt. Die Alpha-Diversität war in rechteckigen Versuchsflächen signifikant größer als in quadratischen Versuchsflächen der gleichen Größe. Es gab größe Unterschiede in den Mustern der Fluktuation einzelner Arten. Die meisten Muster des Auftretens der Arten hatten fraktale Box-Counting-Dimensions-Werte zwischen 0.8 und 1.6, was relativ gering im Vergleich zu Studien auf größeren Skalenlevels ist. Die Analysen der Auftretenswahrscheinlichkeit und der Probefläche der Skalenlevels zeigten, dass es eine systematische Abweichung von der Selbstähnlichkeit auf dem kleinsten Skalenlevel gibt. Die Arten hatten eine geringere Häufigkeit als die aufgrund einer fraktalen Verteilung erwartete, was einen höheren Level der Artaggregation vermuten lässt. Die größere Fluktuation der Artendiversität auf dem kleinsten Skalenlevel kann mit einer größeren räumlichen Aggregation einzelner Arten aufgrund von biotischen und abiotischen Beschränkungen ihres Vorkommens in Verbindung gebracht werden. Diese Ergebnisse bestätigen die generelle Natur des Musters des Zusammenbruchs der Selbstähnlichkeit auf den kleinsten betrachteten Skalenlevels.     

The role of biodiversity for element cycling and trophic interactions: an experimental approach in a grassland community

The focus of a new experiment, set up in Jena in spring 2002, are the effects of biodiversity on element cycles and the interaction of plant diversity with herbivores and soil fauna. The experimental design explicitly addresses criticisms provoked by previous biodiversity experiments. In particular, the choice of functional groups, the statistical separation of sampling versus complementarity effects, and testing for the effects of particular functional groups differ from previous experiments. Based on a species pool of 60 plant species common to the Central European Arrhenatherion grasslands, mixtures of one to 16 (60) species and of one to four plant functional groups were established on 90 plots (20 m × 20 m) with nested experiments. In order to test specific hypotheses 390 additional small-area plots (3.5 m × 3.5 m) were set-up. Exact replicates of all species mixtures serve to assess the variability in ecosystem responses. In a dominance experiment, the effects of interactions among nine selected highly productive species are studied. Each species is grown as monoculture replicated once.Effekte der Biodiversität auf Elementkreisläufe und Wechselwirkungen der pflanzlichen Artenvielfalt mit Bodenfauna und Herbivoren stehen im Mitttelpunkt eines neuen Experiments, das im Frühjahr 2002 in Jena eingerichtet wurde. Das Versuchsdesign berücksichtigt ausdrücklich die Kritik, die an den Aufbau früherer Biodiversitätsversuche gerichtet wurde. Die Auswahl funktioneller Gruppen von Pflanzenarten, die statistischen Möglichkeiten, die Effekte des “Sampling” gegen Komplementarität zu trennen sowie den Einfluß funktioneller Gruppen zu überprüfen, unterscheiden dieses Experiment von früheren Versuchen. Sechzig typische Pflanzenarten der zentraleuropäischen Frischwiesen (Arrhenatherion) bilden den Artenpool für den Versuch. Auf 90 Flächen wurden Artenmischungen etabliert, die 1 bis 16 (60) Arten und 1 bis 4 funktionelle Gruppen dieser Pflanzenarten enthalten. Die Versuchsparzellen haben eine Größe von 20 m × 20 m, auf denen in genesteter Anordnung verschiedene Teilexperimente durchgeführt werden. Zusätzlich wurden 390 kleine Parzellen (3.5 m × 3.5 m) angelegt, um spezifische Hypothesen zu überprüfen. Alle Arten werden hier mit je einer Wiederholung als Monokulturen kultiviert. Identische Wiederholungen aller Artenmischungen sollen deren Variabilität untersuchen. In einem Dominanz-Versuch werden die Effekte der Wechselwirkungen zwischen 9 ausgewählten hochproduktiven Arten untersucht.     

Rapid decay of diversity-productivity relationships after invasion of experimental plant communities

So far, effects of species richness on ecosystem functioning have mainly been investigated in the short term in experimental communities from which invasion was prevented. We kept the local species pools of experimental grassland communities with 1, 2, 4, 8, and 32 species closed for five years and subsequently opened them for invasion by cessation of weeding. As long as communities were weeded, extinctions were rare but positively related to species richness, diversity-productivity relationships were positive, and more diverse systems had a greater temporal stability. Following cessation of weeding, species-poor communities were more prone to invasion. However, invasion increased extinction especially in species-rich communities. Within two years, differences in species richness and biomass production between sets of communities of different initial species richness disappeared and the positive diversity-productivity relationship was no longer detectable whereas species compositions remained distinct. This indicates that the positive diversity-productivity relationships during the weeding phase were mainly controlled by species richness.Bis anhin wurden die Effekte der Artenvielfalt auf das Funktionieren von Ökosystemen vor allem in kurzfristigen Experimenten untersucht, in denen die Einwanderung von Pflanzenarten in die bestehenden Gesellschaften verhindert wurde. Im vorliegenden Versuch wurden die lokalen Artenpools von 1, 2, 4, 8 und 32 Arten unserer experimentellen Graslandgesellschaften während 5 Jahren künstlich geschlossen gehalten und danach geöffnet indem nicht mehr gejätet wurde. Solange die Gesellschaften gejätet wurden, gab es wenige Aussterbeereignisse, die aber positiv mit der Artenvielfalt korreliert waren. Die Beziehung zwischen Diversität und Produktivität war positiv und Systeme höherer Diversität zeigten eine größere zeitliche Stabilität. Nach der Aufgabe des Jätens nahm die Einwanderung vor allem in artenarmen Gesellschaften zu. Die Einwanderung erhöhte jedoch besonders das Aussterben in ursprünglich artenreichen Gesellschaften. Innerhalb von zwei Jahren verschwanden die Unterschiede in der Artenzahl und Biomasseproduktion zwischen den verschiedenen Graslandgesellschaften und eine positive Beziehung zwischen Diversität und Produktivität war nicht mehr feststellbar. Die Artenzusammensetzung der Versuchsflächen blieb jedoch unterschiedlich. Das deutet darauf hin, daß die positive Beziehung zwischen Diversität und Produktivität während der ersten Phase des Experiments vor allem durch die Artenzahl und nicht durch die Artenzusammensetzung hervorgerufen wurde.     

Neutral and non-neutral macroecology

Because of the multiscalar nature of processes underlying biodiversity dynamics, macroecology has emerged as a discipline that seeks to build an understanding of this complexity by examining statistical patterns in large assemblages of species in geographic space and ecological time. Models that assume individual organisms within trophically defined assemblages are ecologically equivalent can produce many patterns identified by macroecology. Neutral models predict two important dynamical patterns that can be tested in real assemblages. First, they predict that species diversity will decline within an assemblage over time. The rate of this decay in species diversity can be predicted from estimates of migration rates from a “metacommunity” or species pool. Second, neutral models predict a divergence of species composition among local communities over time. The rate and degree of divergence among communities also depend on the migration rate. The few studies that have been done to date imply that the rate of migration in real species assemblages is much lower than that required to explain the degree of community similarity maintained in space and time. There are at least two alternative ways to extend neutral models to incorporate more biological realism. First, competitive asymmetries among species may be introduced to allow for the possibility that individuals of some species may have an advantage in replacing individuals that die. Second, environmental heterogeneity can be introduced by assuming sites available to individuals differ in quality to individuals of different species. The neutral model, because of its conceptual simplicity and rigor, should be considered as a null model for baseline comparison to actual patterns of distribution, abundance, species composition, and beta diversity.

Zusammenfassung

Wegen der multiskalaren Natur der Prozesse, die der Biodiversitätsdynamik zugrunde liegen, entstand die Makroökologie als eine Disziplin, die anstrebt ein Verständnis dieser Komplexität zu schaffen, indem sie statistische Muster in großen Vergesellschaftungen von Arten im geografischen Raum und ökologischer Zeit untersucht. Modelle, die davon ausgehen, dass individuelle Organismen innerhalb trophisch definierter Vergesellschaftungen ökologisch äquivalent sind, können viele Muster erzeugen, die durch die Makroökologie indentifiziert werden. Neutrale Modelle sagen zwei wichtige dynamische Muster vorher, die in realen Vergesellschaftungen getestet werden können. Als Erstes sagen sie vorher, dass die Artendiversität in einer Vergesellschaftung mit der Zeit abnehmen wird. Die Rate der Abnahme der Artendiversität kann über Schätzungen der Migrationsraten aus einer Metagemeinschaft bzw. einem Artenpool vorhergesagt werden. Als Zweites sagen neutrale Modelle eine Divergenz der Artenzusammensetzung zwischen den lokalen Gemeinschaften mit der Zeit vorher. Die Rate und der Grad der Divergenz zwischen den Gemeinschaften hängt ebenfalls von der Migrationsrate ab. Die wenigen Untersuchungen, die bis heute gemacht wurden, implizieren, dass die Rate der Migration in realen Artenvergesellschaftungen viel geringer als erforderlich sind, um den Grad der Gemeinschaftsähnlichkeit zu erklären, der in Raum und Zeit aufrecht erhalten wird. Es gibt mindestens zwei alternative Weisen neutrale Modelle zu erweitern, um mehr biologische Realität mit einzubeziehen. Als Erstes können Asymmetrien der Konkurrenz unter Arten einbezogen werden, um die Möglichkeit zu zulassen, dass Individuen einiger Arten einen Vorteil bei der Ersetzung von sterbenden Individuen haben. Als Zweites kann die Umweltheterogenität mit einbezogen werden, indem angenommen wird, dass sich die verfügbaren Standorte in ihrer Qualität für Individuen verschiedener Arten unterscheiden. Wegen seiner konzeptuellen Einfachheit und Starrheit sollte das neutrale Modell als Null-Modell für grundlegende Vergleiche von Verbreitung, Abundanz, Artenzusammensetzung und Betadiversität angesehen werden.     

Growth and reproduction of dwarf shrubs, Vaccinium myrtillus and V. vitis-idaea, in a severely polluted area

Populations of both Vaccinium myrtillus and V. vitis-idaea in heavily polluted areas around the large nickel–copper smelter at Monchegorsk (NW Russia) persist in small patches scattered over the bare soils. Two non-specific stress indices, leaf fluctuating asymmetry and chlorophyll fluorescence, in plants growing in the most polluted sites were at the same level as in plants growing in unpolluted habitats. Mean mass of a vegetative shoot and current year production of vegetative mass were also similar in polluted and unpolluted sites. Branching in polluted habitats was higher in both species. Annual production of new ramets in V. myrtillus, but not in V. vitis-idaea, was lower in polluted habitats. In both species, proportion of sexually reproducing patches was higher and these patches had more generative shoots and higher fruit yield under pollution impact; the reproductive effort increased with pollution in V. myrtillus but not in V. vitis-idaea. Somatic cost of reproduction in both species was higher in polluted sites, presumably due to both more intensive sexual reproduction and resource limitation in low-nutritive contaminated soil. In both species fruit yield was slightly lower under tree canopies than in gaps. However, in industrial barrens fruit yield was higher than in forests (both in gaps and under the canopies), indicating that enhancement of sexual reproduction in polluted sites cannot be explained by higher light availability alone. Increased allocation to sexual reproduction in heavily polluted habitats, where seedling establishment is hampered by soil toxicity, may indicate the plant strategy to disperse from unfavourable environments.

Zusammenfassung

Sowohl Populationen von Vaccinium myrtillus als auch V. vitis-idaea bleiben in den stark verschmutzten Gebieten rund um die große Nickel-Kupfer-Metallhütte von Monchegorsk (NW Russland) in kleinen Flecken verstreut über den kahlen Boden erhalten. Zwei unspezifische Stressindikatoren, die Blattfluktationsasymmetrie und die Chlorophyllfluoreszenz, waren bei Pflanzen, die in den am stärksten verschmutzten Gebieten wuchsen, auf dem gleichen Niveau wie bei Pflanzen, die in unverschmutzten Gebieten wuchsen. Die mittlere Masse der Vegetationstriebe und die diesjährige Produktion vegetativer Masse waren ebenfalls ähnlich in verschmutzten und unverschmutzten Gebieten. Die Verzweigung war bei beiden Arten stärker in den verschmutzten Gebieten. Die jährliche Produktion von neuen Rameten war bei V. myrtillus im Gegensatz zu V. vitis-idaea geringer in den verschmutzten Gebieten. Bei beiden Arten war der Anteil der sich sexuell reproduzierenden Flecken größer und diese Flecken hatten mehr generative Triebe und höhere Fruchtausbeute unter dem Einfluss von Verschmutzung. Der reproduktive Aufwand nahm bei V. myrtillus im Gegensatz zu V. vitis-idaea zu. Die somatischen Kosten der Reproduktion waren bei beiden Arten in den verschmutzten Gebieten höher, vermutlich sowohl aufgrund der intensiveren sexuellen Reproduktion, als auch aufgrund der Ressourcenlimitierung in den nährstoffarmen, kontaminierten Böden. Bei beiden Arten war die Fruchtausbeute geringfügig kleiner unter Baumkronen als in Lücken. In den industriellen Ödländern war jedoch die Fruchtausbeute größer als in den Wäldern (sowohl in den Lücken als auch unter Baumkronen) und wies darauf hin, dass die Erhöhung der sexuellen Reproduktion in den verschmutzten Gebieten nicht allein durch die höhere Verfügbarkeit von Licht erklärt werden kann. Die erhöhte Allokation zu sexueller Reproduktion in den stark verschmutzen Habitaten, wo die Keimlingetablierung aufgrund der Toxizität der Böden erschwert ist, könnte darauf hinweisen, dass die Strategie der Pflanze ist, sich von ungünstigen Umwelten weg auszubreiten.     

Biodiversity on urban roundabouts—Hemiptera, management and the species–area relationship

The biodiversity of insects within urban areas has been relatively little studied. Given the large and ever increasing extent of urban areas, and that the insect species richness there can be high, it is important to know the factors determining that aspect of biodiversity. In this study two of these factors, namely habitat management and area, were considered. Arboreal and grassland Hemiptera, and grassland plants, were sampled on 18 roundabouts and other road enclosed sites in the town of Bracknell. Hemiptera were sampled using suction sampling and tree beating. A significant species–area relationship was found for arboreal Hemiptera, which was strongly related to habitat diversity. For both grassland plants and Hemiptera, grassland management, by mowing, had a significant effect on species richness. Despite the management grassland plants showed a significant species–area relationship. However the effect of management on Hemiptera was great enough to outweigh any area effect. As the size of open spaces is often constrained in urban areas, altering habitat management has a greater potential for enhancing biodiversity. For arboreal Hemiptera choice of trees for planting is of particular importance, while for grassland Hemiptera diversity would be increased with a reduction in the intensity of management, such a reduction in the frequency of mowing.

Zusammenfassung

Die Biodiversität der Insekten auf urbanen Flächen ist relativ wenig untersucht. Angesichts der großen und der immer größer werdenden Ausdehnung urbaner Gebiete und angesichts dessen, dass der Artenreichtum der Insekten dort groß sein kann, ist es wichtig die Faktoren zu kennen, die diesen Aspekt der Biodiversität bestimmen. In dieser Untersuchung wurden zwei dieser Faktoren, nämlich Habitatmanagement und Fläche, betrachtet. Baum- und wiesenbewohnende Hemiptera sowie Wiesenpflanzen wurden in 18 Kreisverkehren und anderen straßenumschlossenen Orten innerhalb der Stadt Bracknell gesammelt. Die Hemiptera wurden mit Saugproben und Klopfproben an den Bäumen gesammelt. Für die baumbewohnenden Hemiptera wurde eine signifikante Art-Areal-Beziehung gefunden, die in enger Beziehung zur Habitatdiversität stand. Sowohl für die Wiesenpflanzen als auch für die Hemiptera hatte das Wiesenmanagement in Form von Mahd einen signifikanten Einfluss auf den Artenreichtum. Trotz des Managements zeigten die Wiesenpflanzen eine signifikante Art-Areal-Beziehung. Die Auswirkungen des Managements auf die Hemiptera waren jedoch groß genug, um den Arealeffekt zu überwiegen. Da die Größe offener Flächen in städtischen Gebieten oft beschränkt ist, hat die Änderung des Habitatmanagements ein größeres Potenzial die Biodiversität zu erhöhen. Für baumbewohnende Hemiptera ist die Auswahl der Bäume für die Bepflanzung von besonderer Wichtigkeit, während für die wiesenbewohnenden Hemiptera die Diversität durch eine Verringerung der Managementintensität erhöht würde, wie z. B. durch die Verringerung der Mahdfrequenz.     

Monitoring programs need to take into account imperfect species detectability

Biodiversity monitoring is important to identify biological units in need of conservation and to check the effectiveness of conservation actions. Programs generally monitor species richness and its changes (trend). Usually, no correction is made for imperfect species detectability. Instead, it is assumed that each species present has the same probability of being recorded and that there is no difference in this detectability across space and time, e.g. among observers and habitats. Consequently, species richness is determined by enumeration as the sum of species recorded. In Switzerland, the federal government has recently launched a comprehensive program that aims at detecting changes in biodiversity at all levels of biological integration. Birds are an important part of that program. Since 1999, 2–3 visits per breeding season are made to each of >250 1km² squares to map the territories of all detected breeding bird species. Here, we analyse data from three squares to illustrate the use of capture-recapture models in monitoring to obtain detectability-corrected estimates of species richness and trend. Species detectability averaged only 85%. Hence an estimated 15% of species present remained overlooked even after three visits. Within a square, changes in detectability for different years were of the same magnitude when surveys were conducted by the same observer as when they were by different observers. Estimates of trend were usually biased and community turnover was overestimated when based on enumeration. Here we use bird data as an illustration of methods. However, species detectability for any taxon is unlikely ever to be perfect or even constant across categories to be compared. Therefore, monitoring programs should correct for species detectability.Um gefährdete Arten zu identifizieren und um den Erfolg von Naturschutzmaßnahmen zu überprüfen, sollte die Biodiversität überwacht werden. Bis heute bleibt allerdings bei fast allen Monitoringprogrammen die Beobachtbarkeit der Arten als wichtige Fehlerquelle unberücksichtigt. Meist wird davon ausgegangen, dass alle vorhandenen Arten bei jeder Aufnahme mit gleicher Wahrscheinlichkeit erfasst werden können und dass es keine Unterschiede in der Beobachtbarkeit der Arten im Raum und über die Zeit gibt (z.B. zwischen verschiedenen Beobachtern und Habitaten). Dementsprechend wird der Artenreichtum als Summe aller in einer Fläche festgestellten Arten ermittelt (Summenmethode). In der Schweiz wurde vom Staat jüngst ein umfassendes Monitoringprogramm gestartet, das Veränderungen des Artenreichtums erkennen soll. Vögel sind ein wichtiger Indikator dieses Projekts. Seit 1999 werden alljährlich zwei bis dreimal pro Brutzeit in mehr als 250 regelmäßig über die Schweiz verteilten 1 km²-Quadraten die Reviere aller Brutvogelarten erfasst. Hier zeigen wir am Beispiel von Daten aus diesem Projekt, wie mit Fang-Wiederfang-Methoden eine Korrektur erreicht werden kann. Die Wahrscheinlichkeit, eine Art festzustellen betrug durchschnittlich 85%. Auch nach drei Besuchen in einem Quadrat blieben also etwa 15% der Arten unentdeckt. Dieses Verhältnis war unterschiedlich für verschiedene Beobachter, Jahre und Quadrate. Jährliche Unterschiede waren in einigen Fällen wichtiger als der Unterschied zwischen zwei sehr ungleich erfahrenen Beobachtern. Trendschätzungen der Artenvielfalt mit der Summenmethode wurden verfälscht durch Veränderungen der mittleren Beobachtbarkeit in aufeinanderfolgenden Jahren. Ebenso wurde der Turnover einer Artengemeinschaft überschätzt. Das zeigt, dass bei Auswertungen von Monitoringprogrammen nach der Beobachtbarkeit der Arten korrigiert werden sollte. Obwohl diese Untersuchung Vogeldaten als Beispiel nimmt, sollten die gezeigten Methoden für Monitoringprogramme all jener Organismen angewendet werden, die nicht auf jeder Begehung feststellbar sind. Der Einsatz von Fang-Wiederfang-Methoden zur Schätzung des Artenreichtums sollte schon bei der Planung eines Monitoringprogrammes bedacht werden.     

Untangling ecological complexity on different scales of space and time

Ecological systems are complex and essentially unpredictable, because of the multitude of interactions among their constituents. However, there are general statistical patterns emerging on particular spatial and temporal scales, which indicate the existence of some universal principles behind many ecological phenomena, and which can even be used for the prediction of phenomena occurring on finer scales of resolution. These generalities comprise regular frequency distributions of particular macroscopic variables within higher taxa (body size, abundance, range size), relationships between such variables, and general patterns in species richness. All the patterns are closely related to each other and although there are only a few major explanatory principles, there are plenty of alternative explanations. Reconciliation of different approaches cannot be obtained without careful formulation of testable hypotheses and rigorous quantitative empirical research. Two especially promising ways of untangling ecological complexity comprise: (1) analysis of invariances, i.e. universal quantitative relationships observed within many different systems, and (2) detailed analysis of the anatomy of macroecological phenomena, i.e. explorations of how emergent multispecies patterns are related to regular patterns concerning individual species.

Zusammenfassung

Ökologische Systeme sind komplex und im Wesentlichen aufgrund der Vielzahl von Interaktionen zwischen ihren Bestandteilen nicht vorhersagbar. Dennoch gibt es allgemeine statistische Muster, die in bestimmten räumlichen und zeitlichen Skalen auftreten. Dies weist auf die Existenz von einigen universellen Prinzipien hinter diesen ökologischen Phänomenen hin, die sogar für die Vorhersage von Phänomenen genutzt werden können, die auf kleineren Skalen auftreten. Diese Allgemeingültigkeiten bestehen aus Häufigkeitsverteilungen von bestimmten makroskopischen Variablen innerhalb höherer Taxa (Körpergröße, Abundanz, Arealgröße), den Beziehungen zwischen diesen Variablen und allgemeinen Mustern des Artenreichtums. Alle Muster stehen in enger Beziehung zueinander und obwohl es nur wenige bedeutende Erklärungsprinzipien gibt, existieren viele alternative Erklärungen. Die Abstimmung zwischen verschiedenen Ansätzen kann ohne eine sorgfältige Formulierung von testbaren Hypothesen und rigorose quantitative empirische Forschung nicht erreicht werden. Zwei besonders vielversprechende Wege ökologische Komplexität zu entwirren beinhalten (1) die Analyse von Invarianten, d.h. universellen quantitativen Beziehungen, die innerhalb verschiedener Systeme beobachtet werden, und (2) detaillierte Analysen der Anatomie von makroökologischen Phänomenen, d.h. Untersuchungen darüber, in welcher Beziehung die auftauchenden Muster von Multi-Arten-Systemen zu regulären Mustern individueller Arten stehen.     

Explaining the global biodiversity gradient: energy, area, history and natural selection

Hubbell's neutral theory of biodiversity is used to investigate the decline in species richness from the tropics to the poles. On this basis, biodiversity should correlate with productivity or climate (there is strong statistical evidence for this), with the latitudinal width of the continents (insufficiently investigated as yet), and with the speciation rate (which may not vary in such a way as to produce a planetary gradient). According to the neutral, model biodiversity will vary with the area of the “metacommunity”: it is suggested that at higher latitudes species disperse most readily east–west, within their climatic belt, but that the relatively uniform temperature across the intertropical belt allows isotropic dispersal there. Metacommunities within the tropics may therefore be an order of magnitude larger than those at other latitudes. This could explain the extra bulge in the gradient in the tropics. It is further possible that long-term and cyclical climate change generates a tropic-pole gradient. Niche assembly models will also explain tropical biodiversity, but the enhanced division of habitat may be the result, not the cause, of the species richness. The neutrality–competition debate in ecology closely parallels the neutrality–natural selection debate in evolution and may be equally hard to resolve.

Zusammenfassung

Hubbells neutrale Theorie der Biodiversität wird genutzt um den Rückgang des Artenreichtums von den Tropen zu den Polen zu untersuchen. Auf dieser Basis sollte die Biodiversität mit der Produktivität oder dem Klima (es gibt überzeugende statistische Beweise dafür) korrelieren, mit der Ausdehnung der Kontinente in geografischer Breite (bisher unzureichend untersucht) und mit der Artbildungsrate (welche möglicherweise nicht in der Weise variiert, als dass sie einen planetarischen Gradienten erzeugen kann).Dem neutralen Model entsprechend wird die Biodiversität mit dem Areal der “Metagemeinschaft” variieren. Es wird behauptet, dass sich Arten in höheren Breiten am leichtesten innerhalb ihres klimatischen Gürtels in Ost–West-Richtung ausbreiten, dass aber die relativ gleichmäßige Temperatur des innertropischen Gürtels dort eine isotrope Ausbreitung erlaubt.Metagemeinschaften in den Tropen können daher um eine Größenordnung größer sein als in anderen Breiten. Dies könnte die zusätzliche Ausdehnung des Gradienten in den Tropen erklären. Es ist darüber hinaus möglich, dass langfristige und zyklische Klimaveränderungen einen Gradienten von den Tropen zu den Polen generieren. Modelle der Nischenanordnung erklären ebenfalls tropische Biodiversität. Die verstärkte Habitataufteilung könnte jedoch das Ergebnis und nicht der Grund des Artenreichtums sein. Die Neutralitäts–Konkurrenz-Debatte in der Ökologie ähnelt sehr der Neutralitäts–Selektions-Debatte in der Evolution und mag ähnlich schwer zu lösen sein.     

Phyto-activity of biocides used to manipulate herbivory: tests of three pesticides on fourteen plant species

1. We tested three pesticides used for field manipulations of herbivory for direct phytoactive effects on the germination and growth of 14 herbaceous plant species selected to provide a range of life-history strategies and functional groups.2. We report three companion experiments: (A) Two insecticides, chlorpyrifos (granular soil insecticide) and dimethoate (foliar spray), were applied in fully-factorial combination to pot-germinated individuals of 12 species. (B) The same fully-factorial design was used to test for direct effects on the germination of four herbaceous legumes. (C) The molluscicide, metaldehyde, was tested for direct effects on the germination and growth of six plant species.3. The insecticides had few significant effects on growth and germination. Dimethoate acted only on growth stimulating Anisantha sterilis, Sonchus asper and Stellaria graminea. In contrast, chlorpyrifos acted on germination increasing the germination of Trifolium dubium and Trifolium pratense. There was also a significant interactive effect of chlorpyrifos and dimethoate on the germination of T. pratense. However, all effects were relatively small in magnitude and explanatory power. The molluscicide had no significant effect on plant germination or growth.4. The small number and size of direct effects of the pesticides on plant performance is encouraging for the use of these pesticides in manipulative experiments on herbivory, especially for the molluscicide. However, a small number of direct (positive) effects of the insecticides on some plant species need to be taken into account when interpreting field manipulations of herbivory with these compounds, and emphasises the importance of conducting tests for direct phyto-active effects.

Zusammenfassung

1. Wir untersuchten den phytoaktiven Einfluss von drei, in Feldexperimenten eingesetzten Pestiziden, auf die Keimfähigkeit und auf das Wachstum von 14 Krautpflanzen Arten mit verschiedenen Life-history Strategien und aus unterschiedlichen funktionalen Gruppen.2. Wir führten drei Experimente durch: (A) Zwei Insektizide, chlorpyrifos (ein Bodenkörniges Insektizid) und dimethoate (ein Blatt-Insektizid), wurden in allen möglichen Kombinationen (fully-factorial) bei Topfpflanzen von 12 Arten angewendet. (B) Dasselbe Design wurde verwendet, um direkte Einflüsse auf die Keimfähigkeit von vier krautigen Leguminosen zu untersuchen. (C) Die Wirkung des Molluskizids metaldehyde auf Keimfähigkeit und Wachstum wurde auf sechs Planzenarten getestet.3. Bei den Insektiziden fanden wir wenige signifikante Einflüsse auf die Keimfähigkeit und das Wachstum. Dimethoate hatte einen positiven Einfluss auf das Wachstum von Anisantha sterilis, Sonchus asper und Stellaria graminea. Während Chlorpyrifos eine erhöhte Keimfähigkeit bei Trifolium dubium und Trifolium pratense bewirkte. Chlorpyrifos und dimethoate zeigten ausserdem eine signifikante interaktion, auf die Keimfähigkeit von T. pratense. Alle gemessenen Einflüsse waren relativ klein und mit nur geringen Erklärungswort. Das Molluskizid hatte keinen signifikanten Effekt auf die Keimfähigkeit und das Wachstum der Pflanzen.4. Die geringen direkten Auswirkungen der Pestizide auf die Pflanzenfitness den Einsatz dieser Mittel bei Herbivore Experimentieren. Besonders das Molluskizid eignet sich zur Anwendung. Trotzdem müssen die wenigen (positiven) Einflüsse der Insektizide auf einige Pflanzenarten bei der Interpretation von Pflanzenfrassexperimenten, die diese Arten untersuchen, berücksichtigt werden. Unser Ergebnis zeigt wie wichtig es ist direkte phytoaktive Auswirkungen von Pestiziden testen.     

Differential environmental response of plant functional types in hedgerow habitats

Classifying species into functional groups reacting similar to multiple environmental factors based on shared biological characteristics forms a major challenge faced by present-day ecologists. Based on data of a hedgerow plant community, this study uses a multivariate approach to analyse if trait-based emergent species groups have real functional significance, i.e. if these groups are characterised by specific response profiles to a wide range of environmental factors. First, the influence of explanatory variable groups (abiotic environmental conditions, management variables, structural aspects, historical background and spatial configuration of the hedgerow network) on distribution patterns of individual plant species was analysed with partial logistic regression. Significant relationships were found between the ecological characteristics of a species and the relative importance of variable groups affecting the distribution of that species within a hedgerow network landscape. Next, a trait-based classification of hedgerow plant species was constructed using a hierarchical clustering procedure. Woody species segregated into two distinct groups, with differences predominantly associated with generative traits, herbaceous species in four groups differing mainly in vegetative traits and habitat preferences. Clear differences in response to multiple environmental factors between the emergent species groups demonstrated the functional significance of the constructed classification. Relationships between the trait- and response profile were examined and their ecological relevance discussed. With respect to the woody species groups, zoochorous species were affected more strongly by hedgerow structure and landscape context than anemochorous species. For the herbaceous species clustering, a relatively strong impact was found, amongst others, of historical variables on species with woodland preference in comparison with other species groups.

Zusammenfassung

Die Klassifizierung von Arten in funktionelle Gruppen, die aufgrund von gemeinsamen biologischen Eigenschaften in gleicher Weise auf multiple Umweltfaktoren reagieren, ist eine große Herausforderung, vor der heutige Ökologen stehen. Auf der Grundlage von Daten einer Heckenpflanzen-Lebensgemeinschaft folgt diese Untersuchung einer multivariaten Vorgehensweise, um zu analysieren, ob die auftretenden Artengruppen auf der Basis von Merkmalen eine wirkliche funktionelle Bedeutung haben, d. h. ob diese Gruppen durch spezifische Antwortprofile auf eine große Auswahl von Umweltfaktoren charakterisiert sind. Zuerst wurde der Einfluss von Gruppen erklärender Variablen (abiotische Umweltbedingungen, Managementvariablen, strukturelle Aspekte, geschichtlicher Hintergrund und räumliche Anordnung des Heckennetzes) auf die Verteilungsmuster einzelner Pflanzenarten mit partiellen logistischen Regressionen analysiert. Signifikante Beziehungen wurden zwischen den ökologischen Eigenschaften einer Art und der relativen Wichtigkeit von Variablengruppen gefunden, die die Verbreitung der Art innerhalb der Heckennetzlandschaft beeinflussen. Im Anschluss wurde eine merkmalsbasierte Klassifikation der Heckenpflanzenarten unter der Verwendung einer hierarchischen Gruppierungsprozedur konstruiert. Aufgrund von Unterschieden, die vor allem mit den Fortpflanzungsmerkmalen einhergingen, trennten sich die holzigen Arten in zwei verschiedene Gruppen auf. Krautige Arten trennten sich in vier Gruppen auf, die sich vor allem in den vegetativen Merkmalen und Habitatpräferenzen unterschieden. Klare Unterschiede in den Reaktionen auf multiple Umweltfaktoren zwischen den entstandenen Artengruppen demonstrierten die funktionelle Bedeutung der konstruierten Klassifikation. Die Beziehungen zwischen den Merkmals- und Antwortprofilen wurden untersucht und ihre ökologische Relevanz diskutiert. In Bezug auf die holzigen Artengruppen waren die zoochoren Arten stärker von der Heckenstruktur und dem Landschaftskontext beeinflusst als anemochore Arten. Für die krautigen Artencluster wurde unter anderem ein relativ starker Einfluss von historischen Variablen auf die Arten mit Waldpräferenz im Vergleich zu anderen Artengruppen gefunden.     

Trophic interactions in a changing world: modelling aboveground–belowground interactions

The rate and scale of human-driven changes can exert profound impacts on ecosystems, the species that make them up and the services they provide that sustain humanity. Given the speed at which these changes are occurring, one of society's major challenges is to coexist within ecosystems and to manage ecosystem services in a sustainable way. The effect of possible scenarios of global change on ecosystem services can be explored using ecosystem models. Such models should adequately represent ecosystem processes above and below the soil surface (aboveground and belowground) and the interactions between them. We explore possibilities to include such interactions into ecosystem models at scales that range from global to local. At the regional to global scale we suggest to expand the plant functional type concept (aggregating plants into groups according to their physiological attributes) to include functional types of aboveground–belowground interactions. At the scale of discrete plant communities, process-based and organism-oriented models could be combined into “hybrid approaches” that include organism-oriented mechanistic representation of a limited number of trophic interactions in an otherwise process-oriented approach. Under global change the density and activity of organisms determining the processes may change non-linearly and therefore explicit knowledge of the organisms and their responses should ideally be included. At the individual plant scale a common organism-based conceptual model of aboveground–belowground interactions has emerged. This conceptual model facilitates the formulation of research questions to guide experiments aiming to identify patterns that are common within, but differ between, ecosystem types and biomes. Such experiments inform modelling approaches at larger scales. Future ecosystem models should better include this evolving knowledge of common patterns of aboveground–belowground interactions. Improved ecosystem models are necessary tools to reduce the uncertainty in the information that assists us in the sustainable management of our environment in a changing world.

Zusammenfassung

Rate und Ausmaß menschen-gemachter Veränderungen wirken sich auf Ökosysteme, die Arten die diese zusammensetzen und Ökosystemfunktionen von denen die Menschheit abhängt aus. Angesichts der Geschwindigkeit dieser Veränderungen ist es eine der großen Herausforderungen der Gesellschaft miteinander und in Ökosystemen zu leben und deren Ökosystemfunktionen nachhaltig zu nutzen. Die Auswirkungen plausibler Szenarien des Globalen Wandels auf Ökosystemfunktionen können mit Hilfe von Ökosystemmodellen untersucht werden. Solche Modelle sollten die Ökosystemprozesse oberhalb und unterhalb der Erdoberfläche („oberirdisch und unterirdisch“) und die Interaktionen zwischen diesen Prozessen angemessen abbilden. Auf Skalenebenen, die von global bis lokal reichen, erkunden wir in diesem Artikel Möglichkeiten solche Interaktionen in Modelle einzubauen. Auf der regionalen bis globalen Ebene schlagen wir vor das Konzept der funktionellen Pflanzentypen (Pflanzenarten, die aufgrund von physiologischen Ähnlichkeiten in Gruppen zusammengefasst sind) auszudehnen, so dass Typen von oberirdisch-unterirdischen Interaktionen mitenthalten sind. Auf der Skalenebene eigenständiger Pflanzengesellschaften könnten prozessbasierte und organsimen-orientierte Modelle zu „Hybridmodellen“verschmolzen werden, die organismen-orientierte, mechanistische Abbildungen einiger trophischer Interaktionen enthalten, aber ansonsten prozess-basiert sind. Der Einfluss des Globalen Wandels auf die Häufigkeit und Aktivität von Organismen und die Ökosystemprozesse, die sie bestimmen, ist sehr wahrscheinlich häufig nicht-linear, so dass im Idealfall explizites Wissen über die Organismen und ihre Reaktionen in Modellen enthalten sein sollte. Auf der Skalenebene der einzelnen Pflanze hat sich ein gebräuchliches, organismen-basiertes Konzeptmodell der oberirdisch-unterirdisch Interaktionen herausgebildet. Dies erleichtert die Formulierung von Hypothesen und Fragestellungen in Experimenten, die nach gemeinsamen Mustern innerhalb von Ökosystemen und Unterschieden zwischen Ökosystemtypen und Biomen suchen. Dies ist die Basis für Modellierungsansätze auf größeren Skalenebenen. Zukünftige Ökosystemmodelle sollten die gemeinsamen Muster oberirdisch-unterirdischer Interaktionen besser berücksichtigen, die sich neuerdings abzuzeichnen beginnen. Verbesserte Ökosystemmodelle sind notwendige Werkzeuge um die Unsicherheit in der Information zu vermindern, auf der nachhaltiges Umweltmanagement in einer sich wandelnden Welt beruht.     

Effects of herbivory simulated by clipping and jasmonic acid on Solidago canadensis

Herbivory is likely to be an important factor in the evolutionary ecology of plants and especially of aggressive invasive species. Because in the introduced range experimental treatment with non-native herbivores is laborious and may be risky for native plants, simulated herbivory by removal of plant tissue and treatment with jasmonic acid, which is a natural elicitor of defences against herbivores, may be a suitable alternative in experimental studies. We studied the effects of removal of 50% of the leaf area by clipping and of spraying with jasmonic acid on growth, morphology, leaf physiology and reproduction of the invasive Solidago canadensis in Europe. The relative height growth rate was reduced (–11.9%) by clipping in the period of day 0–20 but increased (+13.5%) in the period of day 42–138 after start of the treatments. As a consequence, final heights did not differ between treatment and control plants. Clipped plants, however, had thinner stems (–12.2%) than unclipped ones. Plants that had been sprayed with jasmonic acid tended to have shorter stem internodes (–14.7%), a lower specific leaf area (–4.6%), and to delay flowering (+4.4 days) than plants that had not been sprayed with jasmonic acid. The biomass of inflorescences was reduced by both clipping (–43.2%) and spraying with jasmonic acid (–32.2%). Because each, clipping and jasmonic acid, alone only induced some but partly different responses observed in previous studies with natural herbivores, the combined application of both covers the full response spectrum better and should therefore be used as the most realistic simulation of herbivory.Fehlende oder geringe Herbivorie ist ein wahrscheinlicher Erklärungsfaktor für den Erfolg invasiver Pflanzenarten. Da das Einführen von Herbivoren aus dem Ursprungsgebiet zu Versuchszwecken oder zur biologischen Kontrolle mit Gefahren verbunden ist, kann der Einfluss von Herbivoren durch mechanische Entfernung von Pflanzenteilen oder durch die Behandlung mit Jasmonsäure nachgeahmt werden. Jasmonsäure ist ein natürlicher Auslöser von Abwehrreaktionen gegen Herbivoren bei Pflanzen. Wir untersuchten den Einfluss des Entfernens von 50% der Blattfläche, des Besprühens mit Jasmonsäure oder einer kombinierten Behandlung auf das Wachstum und die physiologischen Eigenschaften der Blätter der invasiven Art Solidago canadensis in Europa. Blattentfernung reduzierte die relative Höhenwachstumsrate der Sprosse um 11.9% in der Periode von 0–20 Tagen nach der Behandlung aber führte zu einer anschließenden Steigerung um 13.5% in der Periode von 42–138 Tagen, so dass die Endhöhe der Pflanzen durch diese simulierte Herbivorie nicht beeinflusst war. Behandlung mit Jasmonsäure führte zu verkürzten Stengelinternodien (–14.7%), verkleinerter Blattfläche (–4.6%) und verzögerter Blütezeit (+4.4 Tage). Die Infloreszenzbiomasse wurde durch die Blattentfernung um 43.2% und die Jasmonatbehandlung um 32.2% reduziert. Da die beiden Behandlungsfaktoren das Pflanzenwachstum unabhängig voneinander und in unterschiedlicher Weise beeinflussten und die beobachteten Pflanzenreaktionen in der Summe den in der Literatur beschriebenen Reaktionen auf natürliche Herbivorie entsprachen, kann die Kombination von mechanischer und chemischer Behandlung als optimale Simulation von Herbivorie bei S. canadensis und möglicherweise anderen invasiven Arten betrachtet werden.     

Habitat requirements of boreal forest caribou during the travel seasons

Understanding space-use patterns of highly mobile animals, such as woodland caribou, is required for ecosystem conservation. We tested for seasonal differences in migration habitat used by woodland caribou while travelling from winter to summer and summer to winter range in northwest Ontario, using radio-telemetry locations of 33 caribou collected from 1995 to 2000. Forest management guidelines in Ontario presume that woodland caribou select specific habitats during the migrating seasons including conifer dominated forests and waterways (rivers and lakes). Results showed few differences between real travel routes and straight-line routes during both high movement periods (post-calving to late winter and late winter to calving). Caribou selected less deciduous forest than available during early winter and spring but contrary to expectations they did not use more open areas and waterways than available. Possible migration corridors, or habitat used during early winter and spring, were not distinguished by one particular habitat type, although caribou were more likely to avoid water and open areas, while using more conifer forests. They did not avoid disturbed habitat such as recently burnt or cut areas. There were some sex-specific differences with males using deciduous forest more than females. Caribou did not choose more than expected of waterways such as chains of lakes or large rivers which, to some extent, run counter to management recommendations. Our findings should be considered when developing local forest management plans and designing harvest patterns with the intent to mitigate negative impacts on woodland caribou habitat.

Zusammenfassung

Das Verständnis der Raumnutzungsmuster von sehr mobilen Tieren, wie den Waldkaribus, ist für den Ökosystemschutz notwendig. Wir untersuchten die saisonalen Unterschiede in der Habitatnutzung von Waldkaribus während der Wanderung (frühe Winter- und Frühjahrsrouten) im nordwestlichen Ontario, indem wir von 1995–2000 die Standorte von 33 Karibus per Radiotelemetrie bestimmten. Richtlinien für Waldmanagement in Ontario setzen vorraus, dass Waldkaribus während der Wanderungszeit spezifische Habitate wählen, die nadelbaumdominierte Wälder und Wasserwege (Flüsse und Seen) einschließen. Die Ergebnisse zeigten einige Unterschiede zwischen den realen Wanderrouten und geradlinigen Routen während der beiden Wanderperioden (nach dem Kalben bis zum späten Winter und später Winter bis nach dem Kalben). Die Karibus wählten weniger als den verfügbaren Laubwald im frühen Winter und Frühjahr, aber sie nutzten entgegen den Erwartungen offenere Areale und Wasserwege nicht mehr als verfügbar. Mögliche Wanderkorridore oder Habitate, die während des frühen Winters und Frühjahrs genutzt wurden, unterschieden sich nicht durch einen bestimmten Habitattyp, auch wenn die Karibus mit größerer Wahrscheinlichkeit Wasser und offene Areale mieden, während sie Nadelwälder nutzten. Sie mieden gestörte Areale nicht, wie kürzlich abgebrannte oder abgeholzte. Es gab einige geschlechtsspezifische Unterschiede, da die Männchen Laubwälder mehr als Weibchen nutzten. Die Karibus wählten Wasserwege, wie Ketten von Seen oder große Flüsse, nicht mehr als erwartet, was in gewissem Ausmaß den Managementempfehlungen zuwiderläuft. Unsere Ergebnisse sollten berücksichtigt werden, wenn örtliche Waldmanagementpläne entwickelt und die Einschlagsmuster entworfen werden, mit der Absicht die negativen Auswirkungen auf das Habitat der Waldkaribus zu mildern.     

Increased availability of extrafloral nectar reduces herbivory in Lima bean plants (Phaseolus lunatus, Fabaceae)

Lima bean (Phaseolus lunatus) features two inducible indirect defences to protect itself against herbivores. Besides the emission of plant volatiles, extrafloral nectar is secreted to attract carnivorous arthropods to herbivore-damaged plants. The activation of both putative defences efficiently protects Lima beans from leaf damage. In a field experiment in Mexico, we studied whether extrafloral nectar alone can benefit the Lima bean under natural conditions. An artificial blend mimicking natural nectar both qualitatively and quantitatively was repeatedly applied to Lima bean tendrils. Ants, wasps and flies were significantly more abundant on treated tendrils than on untreated controls already after 1 week (i.e. after two treatment applications). Sticky traps were used to assess the functional groups of flying insects attracted to the Lima beans. After 24 h, 71% of all trapped flies and 98% of all wasps belonged to families comprising either parasitoid or predatory species. This observation suggests that also some of the flying visitors have played a role as putative defenders of Lima beans. Most of the trapped flies belonged to the families Dolichopodidae and Phoridae (each ca. one third of all individuals). Two thirds of the wasps belonged to Chalcidoidea (68%). All ant species that had been collected manually belonged to generalist genera with Camponotus novogranadensis and Cephalotes minutus being most regularly encountered on study tendrils. An additional experiment, where both ‘nectar’ and ‘control’ tendrils were treated with artificial nectar, revealed that ants responded with an increased abundance on tendrils that had experienced the ‘nectar’ treatment before.After 25 days, the treated tendrils showed a significantly reduced herbivory as compared to controls. The mere presence of increased amounts of extrafloral nectar thus can benefit the Lima bean under natural conditions.

Zusammenfassung

Die Limabohne (Phaseolus lunatus) verfügt über zwei induzierbare, indirekte Verteidigungsformen zur Abwehr von Herbivoren. Neben der Emission volatiler Verbindungen ist die Limabohne zusätzlich dazu in der Lage, extrafloralen Nektar zu sezernieren. Beides dient der Anlockung von Fraßfeinden zu den von Herbivoren befallenen Pflanzen. In einem Freilandexperiment in Mexiko wurde untersucht, ob die Limabohne unter natürlichen Bedingungen von der Sekretion extrafloralen Nektars profitiert. Hierzu wurde ein künstliches Nektargemisch wiederholt auf Limabohnenranken aufgetragen, welches natürlichen Nektar quantitativ und qualitativ imitierte. Bereits nach einer Woche (d.h. nach zwei Behandlungen) war die Abundanz von Ameisen, Fliegen und Wespen auf behandelten Ranken signifikant höher als auf unbehandelten Kontrollranken. Zur Erfassung der zur Limabohne angelockten fliegender Insekten sowie deren Zugehörigkeit zu funktionellen Gruppen wurden die Versuchsranken mit Klebefallen bestückt. Mehr als zwei Drittel der nach 24 h gefangenen Fliegen und 98% aller Wespen gehörten parasitisch oder räuberisch lebenden Fliegen- bzw. Wespen-Familien an. Diese Beobachtung legt nahe, dass nicht nur Ameisen, sondern auch einige der gefangenen fliegenden Besucher eine Rolle als potentielle Verteidiger der Limabohne gespielt haben könnten. Von den gefangen Fliegen gehörten die meisten den Familien Dolichopodidae und Phoridae (je ca. ein Drittel aller gefangenen Individuen) an, wogegen die Chalcidoidea zwei Drittel (68%) der gefangenen Wespen ausmachten. Unter den durch Handaufsammlung gefangenen Ameisen gehörten Camponotus novogranadensis und Cephalotes minutus zu den am häufigsten auf behandelten Ranken angetroffen Arten. Ein zusätzliches Experiment, in dem das künstliche Nektargemisch sowohl auf ‘Nektar’- als auch auf ‘Kontroll’-Ranken aufgebracht wurde, ergab, dass die Ameisen mit einer erhöhten Abundanz auf solchen Ranken reagierten, die bereits vorher die, Nektar’-Behandlung erfahren hatten.Nach 25 Tagen zeigten behandelte Ranken signifikant weniger Blattfraß im Vergleich zu unbehandelten Kontrollranken. Die bloße Erhöhung der Menge an extrafloralem Nektar reichte offensichtlich dazu aus, unter natürlichen Bedingungen wachsenden Limabohnen einen Vorteil zu verschaffen.     

Effects of distance to crop rows and to conspecific neighbours on the size of Brassica napus and Veronica persica weeds

We tested the hypothesis that local competitive conditions are a determinant of the size of individual weeds in cereal crops by investigating the relationship between individual weed size and (a) distance from the crop row and (b) distance to the nearest conspecific neighbour in cereal crops. There were significant but weak effects of distance to rows of summer and winter wheat (Triticum aestivum), and distance to conspecific individuals on individuals of two weed species, Brassica napus and Veronica persica. Our results suggest that local neighbourhood competitive conditions, although detectable, have only limited effects on weed growth. Size-asymmetric competition from the crop population and plasticity in weed growth reduce the importance of a weed individual's exact location relative to crop individuals and to other weed individuals. A static, two-dimensional view of space is not sufficient to describe competitive effects because the third dimension can be the most important in competition, and because many plants can change their locations through plastic growth.Wir überprüften die Hypothese, dass lokale Konkurrenzbedingungen ein Bestimmungsfaktor für die Größe einzelner Unkräuter in Getreidefeldern sind, indem wir die Beziehung zwischen der individuellen Unkrautgröße und (a) der Distanz zu den Pflanzenreihen und (b) der Distanz zu den nächsten, artgleichen Nachbarpflanzen in Getreidefeldern untersuchten. Es gab signifikante jedoch geringfügige Effekte der Distanz zu den Reihen von Sommer- und Winterweizen (Tritium aestivum) sowie der Distanz zu den artgleichen Individuen auf die Individuen von zwei Unkrautarten, Brassica napus und Veronica persica. Unsere Ergebnisse lassen vermuten, dass Konkurrenzbedingungen in der unmittelbaren Nachbarschaft nur einen begrenzten Effekt auf das Unkrautwachstum haben, auch wenn sie wahrnehmbar sind. Größenasymmetrische Konkurrenz seitens der Getreidepopulation und die Plastizität des Pflanzenwachstums reduzieren die Bedeutung der exakten Position einer einzelnen Unkrautpflanze in Beziehung zu einzelnen Getreide- oder anderen, einzelnen Unkrautwpflanzen. Eine statische, zweidimensionale Betrachtung des Raumes reicht nicht aus, um die Konkurrenzeffekte zu beschreiben, weil die dritte Dimension die wichtigste für die Konkurrenz sein kann und weil viele Pflanzen ihre Position durch plastisches Wachstum verändern können.     

Experimental inbreeding reduces seed production and germination independent of fragmentation of populations of Swertia perennis

We studied effects of inbreeding on the early fitness measures seed production and germination in Swertia perennis L. (Gentianaceae), a locally abundant specialist of fen grasslands, which have been greatly fragmented in Switzerland. We further tested whether such effects differed between populations of different size and isolation. We studied effects of free pollination, hand-outcrossing and hand-selfing on 160 plants in 16 populations in large, in small barely isolated, and in small isolated habitat islands. We found a distinct gradient in experimental outcomes from free pollination to hand-outcrossing to hand-selfing. Compared with free pollination, selfing reduced the number of seeds per capsule by 22% (P < 0.01), the seed/ovule ratio by 26% (P < 0.001), seed mass by 25% (P < 0.001) and germination percentage by 23% (P < 0.05). The outcome of hand-outcrossing was intermediate for all traits. The reduction in early fitness components after selfing is most likely due to inbreeding depression. Higher seed production and germination after free pollination than after hand-outcrossing may be due to a larger number of pollen donors involved in free pollination or due to higher quality of free pollen because of lower relatedness of parent plants. Moreover, the fact that seed production was highest after free pollination indicates that S. perennis is not pollen limited. Pollination treatment effects did not differ between different island types. Hence, there are no indications that early inbreeding depression was purged from more strongly fragmented populations.Wir untersuchten die Auswirkungen von Inzucht auf die frühen Fitnessmerkmale Samenproduktion und Keimung bei der lokal häufigen Swertia perennis L. (Gentianaceae), einer Pflanze der in der Schweiz stark fragmentierten Flachmoore. Um zu untersuchen, ob sich solche Auswirkungen in verschieden großen und unterschiedlich isolierten Populationen unterscheiden, verglichen wir die Auswirkungen von freier Bestäubung, Handfremdbestäubung und Handselbstbestäubung für 160 Pflanzen in 16 Populationen in großen, in kleinen wenig isolierten und in kleinen isolierten Habitatinseln. Wir fanden einen ausgeprägten Gradienten von freier Bestäubung über Fremdbestäubung von Hand zu Handselbstbestäubung: Im Vergleich zu freier Bestäubung war nach Selbstbestäubung die Anzahl Samen pro Kapsel um 22% (P < 0.01), der Samenansatz um 26% (P < 0.001), die Samenmasse um 25% (P < 0.001) und der Keimungserfolg um 23% (P < 0.05) herabgesetzt. Die Resultate der Handfremdbestäubung waren für alle Maße intermediär. Die Herabsetzung von Merkmalen früher Fitness von S. perennis nach Selbstbestäubung ist höchstwahrscheinlich eine Folge von Inzuchtdepression. Der im Vergleich zu Handfremdbestäubung nach freier Bestäubung höhere Fortpflanzungserfolg und die höhere Keimung könnten durch eine größere Anzahl zu freier Bestäubung beitragende Pollenspender oder durch geringere Verwandtschaft der in freier Bestäubung beteiligten Elternpflanzen bedingt sein. Dass die Samenproduktion nach freier Bestäubung am höchsten war, deutet auch darauf hin, dass S. perennis nicht pollenlimitiert ist. Die Effekte der Bestäubungsbehandlungen unterschieden sich nicht zwischen Populationen der verschiedenen Habitatinseltypen. Es gibt also keinen Hinweis darauf, dass frühe Inzuchtdepression aus kleinen und stärker isolierten Habitatinseln ausgemerzt wurde.