Effects of landscape context on populations of bumblebees

Abstract

To investigate recent declines in bumblebee populations, I carried out landscape analyses, made field studies of bumblebees, flowering plants and pollination in an agricultural region in southernmost Sweden. Studies were carried out in landscapes of contrasting agricultural intensity and land-cover configuration; "simple" landscapes highly dominated by large crop fields, and "complex" with mixed farming, grasslands and smaller fields. Factor Analysis of land-cover and measures of agricultural practice showed that intensity is not to be equated with landscape complexity. A relatively complex landscape could thus provide high yields from farming, while retaining small non-crop elements. This is promising for persistence of farmland biodiversity. Total number of bumblebees was ca. 30 times lower in simple compared to complex landscapes in July. However, numbers did not differ significantly in June, despite ca. 30 times more of flowering plants in complex landscapes. This may be explained by the larger area of oilseed rape grown in simple landscapes, since oilseed rape may aid early colony growth. Effects of landscape context on bumblebees was modified by colony-based, ecological and life-history traits. Species with early emerging queens, large colonies, under-ground nests or short colony reproductive cycle, produced equal numbers of male offspring in both simple and complex landscapes. However, all species produced smaller workers in simple landscapes. This may be caused by a shortage of food, which hampers larval growth and adult size. It may also be an adaptive strategy to produce more but smaller workers under food stress. Individual-based traits of workers: thorax width and proboscis length modified foraging habitat preferences. Likely because composition of flowers differed among habitats and therefore also differed in value depending on bumblebee species. Higher abundance and richness of wild bees were found near domestic gardens in simple landscapes, compared to 140m further away. Also, seed set of Campanula persicifolia was higher nearer to a garden. Gardens may thus act as refuges for wild bees, constitute sources of pollinators to surrounding habitats and benefit pollination in these landscapes. However, pollination of wild plants may already be hampered in simple landscapes, since seed set of C. persicifolia was lower already at 140m from a garden. Measures to enhance bumblebee populations and pollination in farmland regions should focus on increasing landscape complexity by restoring and recreating flower-rich non-crop habitats. Importantly, this must be implemented over whole regions and match the spatial scales and phenology at which declining species operate and flowering plants must also meet the preferences of these species.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

För att förstå på vilket sätt viktiga pollinerande insekter påverkas av det omgivande landskapets struktur och innehåll, har jag studerat populationer av humlor (fam. Bombus). Jag har också gjort en analys av sambandet mellan jordbruksintensitet of landskapets komplexitet. Mina studier har utförst i Skåne och jag har valt studieområden bl.a. baserat på hur stora åkrar och hur mycket naturbetesmark de innehåller. Områden med små åkrar, omväxlande landskap och mycket betesmark kallar jag komplexa och motsatsen, med stora åkrar och nästan enbart växtodling, kallar jag enkla landskap. I dessa områden har jag inventerat humlor och blommande växter i kantzoner till åkrar, vallar, betesmarker och trädgårdar under juni till augusti. Jag har dessutom gjort ett försök med en växt som är beroende av insekts pollinering, stor blåklocka (Campanula persicifolia), för att undersöka om privata trädgårdar i jordbrukslandskapet kan bidra till ökad pollinering genom att erbjuda vilda bin en gynnsam miljö. Analysen av jordbruksintensitet och landskapets komplexitet visar att det inte nödvändigtvis är så att ett intensivt brukat landskap också är kraftigt förenklat. Vi identifierade delvis separata faktorer, uppbyggda av flera landskapsvariabler, som beskriver intensitet, komplexitet, mängd sk. små-biotoper och jordbrukets inriktning (växtodling eller blandjordbruk). Detta bör betyda att en ökad grad av komplexitet inte nödvändigtvis måste innebära minskad avkastning från jordbruket. Jag visade också att sambandet mellan olika variabler som beskrev landskapet berodde på vilken skala man betraktade landskapet. Mina resultat från 2006 visar att det från mitten av juli fanns ca 30 gånger färre humlor i enkla jämfört med komplexa landskap. Däremot var det ingen skillnad mellan mängden humlor i komplexa och enkla landskap i början av studien under juni månad. Eftersom mängden blommande, örtartade växter också skilde med en faktor 30 mellan landskapstyperna, tyder detta på att humlorna i de enkla landskapen utnyttjar andra resurser i början av säsongen (maj-juni). I andra studier har man visat att humlekolonier kan utnyttja blommande raps och att detta leder till en snabb tillväxt tidigt på säsongen. Så kan det vara också i skånska landskap fram till mitten av juni. När rapsen slutar blomma finns dock inte mycket alternativa resurser och humlepopulationerna minskar kraftigt. Vi ser en stor risk att denna minskning sker innan kolonier av alla arter hinner reproducera sig och att återväxten av humlor i enkla landskap därför är starkt hotad. Trots de långtgående minskningarna av humlor och vilda bin från jordbruksområden så är en handfull arter alltjämt relativt vanliga. Orsakerna till detta är inte helt kända, men det har föreslagits att artspecifika egenskaper gällande födoval gör att några arter är bättre lämpade för att effektivt utnyttja de resurser som trots allt finns också i enkla landskap. För att undersöka detta delade jag upp arterna i grupper utefter deras egenskaper rörande kolonistorlek (antal arbetare per koloni), boplatsmiljö, kolonins livslängd och aktivitetsperiod och arbetarnas morfologi. Jag fann att de arter som är aktiva tidigt på säsongen, bildar stora kolonier, bygger sina bon under mark eller som är aktiva under en kort period, kan reproducera sig lika väl i enkla som i komplexa landskap. Motsatsen, dvs. arter som blir aktiva först på försommaren, bildar små kolonier, bygger bon ovan mark eller har en lång aktivitetsperiod, klarade sig betydligt sämre i enkla jämfört med komplexa landskap. Arbetarnas morfologi (medelstorlek och tunglängd) förklarade vilka miljöer de besöker när de samlar nektar och pollen, eftersom morfologin påverkar hur effektiv en arbetare är på att hantera en viss blomma. Jag tolkar dessa resultat som att egenskaper knutna till hur en koloni utnyttjar födo-resurser i tid och rum påverkar möjligheten att utnyttja resurser i olika typer av landskap, där tillgången på resurser varierar på olika skalor i både tid och rum. Humlor med egenskaper som gör att de kan utnyttja tidiga resurser över stora rumsliga skalor och som inte är beroende av boplatser ovan jord kan ha god reproduktionsframgång även i de enkla landskapen. Egenskaper på individnivå har istället en indirekt effekt på fortlevnaden i olika landskap. Detta då arbetarnas morfologi påverkar deras val av blommor, samtidigt som det finns skillnader mellan landskapen i både mängd och artsammansättning av blommande växter. När jag jämförde arbetarnas medelstorlek i de båda landskapstyperna, fann jag att de i genomsnitt var 2% mindre i enkla jämfört med komplexa landskap. Detta resultat var generellt över arter, dvs. även de arter som fortfarande är vanliga var mindre till storleken i enkla landskap. Jag föreslår två möjliga orsaker till detta. Antingen att arbetarna lider brist på föda under larvstadiet, vilket resulterar i mindre kroppsstorlek som fullbildade humlor. Alternativ kan det vara ett sätt för kolonin att anpassa sig till resurstillgången; att tillverka fler men mindre arbetare. En mindre arbetare kan klara sig längre utan föda och att ha en större koloni innebär en fördel i enkla landskap. I båda fallen antyder resultatet att humlorna lider brist på födo-resurser i förenklade landskap. Försöket med pollinering av stor blåklocka skedde enbart i enkla landskap. Resultaten visade att de plantor som placerats nära en trädgård (på ca.15 avstånd) satte mer frö än de som stod på längre avstånd (ca. 140m). Dessutom fann vi fler arter och individer av vilda bin nära en trädgård än längre ifrån. Av dessa resultat drar jag slutsatsen att pollinering, åtminstone av den växtart vi studerat, redan är negativt påverkad i enkla landskap. Resultat som styrker detta har också presenterats från andra delar av Europa och världen. Det positiva är dock att också trädgårdar kan gynna biologisk mångfald och därför kan fungera som källor för ekosystemtjänster, åtminstone till den närmsta omgivningen.



Utifrån dessa resultat drar jag slutsatsen att för att gynna mångfalden av humlor och andra vilda bin är det brådskande att ta fram och tillämpa åtgärder för att öka tillgången av blommande växter i landskapet, särskilt i slättbygder med dess förenklade landskap. Dessutom måste blommor finnas tillgängliga under hela sommarhalvåret och blomrika miljöer ligga tillräckligt tätt, så att också de arter som är aktiva sent på säsongen och rör sig över begränsade områden kan finna och utnyttja dem. Generellt sett vore ett mer komplext landskap önskvärt för att gynna biologisk mångfald och därigenom de ekosystemtjänster som vilda organismer erbjuder samhället. Detta skulle kunna öka den ekologiska hållbarheten inom jordbruket. Vi bör även uppmärksamma de positiva effekter som trädgårdar kan ha på biologisk mångfald, både i urbana miljöer och på landsbygden.

• author: Persson, Anna
• supervisor: Henrik G. Smith
• opponent: Dr. Osborne, Juliet L., Centre for Soil & Ecosystem Function, Rothamsted Research, Storbritannien.
• organization: Department of Biology; BECC: Biodiversity and Ecosystem services in a Changing Climate
• publishing date: 2011
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: Apoidea, Bombus, Campanula, agriculture, land-use intensity, complexity, garden, grassland, field border, MFC, pollination, Factor Analysis
• pages: 131 pages
• defense location: Blå Hallen, Ecology Building, Sölveg. 37, SE-223 62 Lund
• defense date: 2011-05-13 13:00:00
• ISBN: 978-91-7473-115-6
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Animal Ecology (Closed 2011) (011012001)
• id: 73e4573b-1273-4b5d-b444-f760e20b7ee9 (old id 1895595)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:09:36
• date last changed: 2019-03-25 16:54:46