Biodiversity in Agricultural Landscapes: Landscape and Scale-Dependent Effects of Organic Farming

Abstract

Declines in the distribution and abundance of many farmland species during recent decades have been attributed to agricultural intensification. Agri-environment schemes are commonly used in Europe to reduce this loss of farmland biodiversity, but their effectiveness may depend on several external factors. In this thesis, I have used one such scheme, organic faming, as a landscape scale experiment to test if its effect on the species richness and abundance of butterflies, bumble bees and plants differs depending on the surrounding landscape context or on which spatial scale organic farming is applied.



In the first studies, including pairs of organic and conventional farms located in either heterogeneous or homogeneous landscapes, I found that the species richness and abundance of both butterflies and bumble bees were enhanced by organic farming compared to conventional farming, partly related to higher abundance of flowers on organically managed farmland. However, the enhancing effect depended on the landscape context, such that the species richness and abundance were only significantly higher on organic farms in intensively farmed homogeneous landscapes, but not on the ones in less intensively farmed heterogeneous landscapes. Bumble bee species were classified into three groups based on their colony sizes, reflecting differences in their landscape perception. The abundances of bumble bees with small and large colonies were positively associated with organic farming, while the ones with medium sized colonies instead were affected by landscape heterogeneity, which may indicate differences between groups in sensitivity to resources fragmentation.



For the scale-dependent effect of organic farming, I found that local butterfly and plant species richness and butterfly abundance were enhanced by organic farming at a local scale. In addition, my results showed that, besides the local effect, the amount of organic farming in the surrounding landscape can have an additive (species richness) or interactive effect (abundance). Local species richness was positively affected by a large proportion of organic farming at the landscape scale, while the local farming practice was of larger importance for local butterfly abundance in conventionally managed landscapes compared to organically managed ones.



In conclusion, I show that the effectiveness of agri-environment schemes to promote biodiversity may depend on the landscape heterogeneity and on how large proportion of a landscape that are subjected to the scheme. These results consequently imply that to increase their efficiency it may be important to consider the spatial arrangement of schemes and their allocation at a landscape scale.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Brukandet av jordbrukslandskapet har förändrats dramatisk under det senaste århundradet. Det tidigare mosaikartade landskapet, med en blandning av små åkrar, ängar, hagar och våtmarker, har idag i många områden ersatts av ett likformigt landskap som domineras av vidsträckta åkrar. Samtidigt har användandet av konstgödsel och kemiska bekämpningsmedel ökat. Tillsammans med den strukturella förändringen har det lett till en ökad produktion inom jordbrukssektorn, men också till att många arter som lever i jordbrukslandskapet nu minskar i utbredning och riskerar att utrotas. Genom att underteckna FN:s konvention om biologisk mångfald (CBD, http://www.biodiv.org/default.shtml) i Rio de Janeiro 1992 har Sverige, tillsammans med många andra länder, förbundigt sig att stoppa den pågående utarmingen av biologisk mångfald. Biologisk mångfald har inte bara ett värde i sig, utan kan också gynna jordbruksproduktionen genom de ekosystemtjänster som arterna utför. Ekosystemtjänster är alla de tjänster som ekosystemen och dess arter bidrar med till mänskligheten, som till exempel reglering av skadegörare och pollinering av grödor.



Det finns en hel del forskning om varför den biologiska mångfalden i jordbrukslandskapet minskar, och det finns flera föreslagna lösningar för vända den minskande trenden. I Sverige, och i andra länder som är medlemmar av den Europeiska unionen (EU), används miljöersättningsprogram som ekonomiska styrmedel för att minska jordbrukets negativa påverkan på miljön. Jordbrukare kan inom programmen ansöka om ekonomisk ersättning för åtgärder som gynnar miljön och den biologiska mångfalden. En av de möjliga åtgärderna är att övergå till ekologisk odling. Inom den ekologiska odlingen är det förbjudet att använda konstgödsel och kemiska bekämpningsmedel, vilket gör att alternativa metoder måste användas för att tillföra jorden näring och bekämpa ogräs och skadegörare. Ett av de uttalade målen inom ekologisk produktion är att skydda och bevara biologisk mångfald. Det, tillsammans med föreställningen om att ekologisk produktion är ett mer långsiktigt hållbart produktionssätt, har gjort att den svenska regeringen har satt upp mål för tillväxten av den ekologiska sektorn. Till år 2010 ska 15 % av jordbruksmarken och 10 % av mjölk- och köttproduktionen finnas inom den KRAV-certifierade produktionen. KRAV är det svenska certifieringsorganet för ekologisk produktion, och i nuläget är ungefär 7 % av jordbruksmarken i Sverige brukad enligt KRAVs regler.



I många fall finner man större art- och individrikedom på ekologiskt brukad mark än på den konventionellt brukade, men jämförelser mellan odlingssätten har gett blandade resultat. De motsägelsefulla resultaten kan dels bero på skillnader i hur studierna utformas, dels på yttre faktorer, som till exempel i vilken typ av jordbrukslandskap som studien är gjord, vilken organism som studerats eller hur stort område som är omlagt till ekologisk produktion.



I min avhandling har jag undersökt hur ekologisk odling påverkar biologisk mångfald genom att jämföra ekologiska fält eller gårdar med de som är konventionellt odlade. De ekologiska fälten eller gårdarna parades ihop med konventionella motsvarigheter, för att ta bort karaktärer som inte är relaterade till odlingsformen. På detta sätt har jag undersökt hur två landskapskaraktärer kan påverka skillnaden i art- och individrikedom av dagfjärilar, humlor och växter mellan ekologiskt och konventionellt brukad mark. Jag har dels undersökt om skillnaden i art- och individrikedom beror på om jordbruken ligger i ett varierat eller i ett likformigt landskap. Jag har också undersökt om skillnaden i art- och individrikedom beror på hur stor del av ett landskap som odlas ekologiskt, dvs. om det bara är en åker som är ekologiskt brukad eller om många sådana åkrar är samlade på samma ställe.



De studieorganismer som jag har fokuserat på, dagfjärilar och humlor, är lätta att studera i fält, de svarar snabbt på miljöförändringar och deras ekologi är relativt välkänd. Dagfjärilar och humlor är båda beroende av växter för sin överlevnad, vilket har gjort att jag också undersökt konsekvenserna av ekologisk odling för växter i en av mina studier. Fjärilarna behöver tillgång till olika typer av växtresurser under olika delar av sina liv, larverna behöver värdväxter och de vuxna fjärilarna nektar. Humlorna är till skillnad från fjärilarna sociala insekter som bor i kolonier, och behöver därför ett lämpligt ställe att anlägga kolonin på, men också nektar- och pollenresurser i närheten av boplatsen.



I de två första uppsatserna i avhandlingen, där jag undersökte landskapsberoende effekter av odlingssystemet på dagfjärilar och humlor, studerade jag 24 skånska jordbruk, varav hälften hade ekologisk inriktning. Sex av de ekologiska jordbruken låg i intensivodlade områden med många och vidsträckta åkrar och få betesmarker. De sex övriga låg i mer varierade landskap med betesmarker och mindre åkrar, en miljö där odlingen är lågintensiv. Samtliga tolv ekologiska jordbruk matchades mot jämförbara jordbruk som låg i samma område, men där man använde konventionell odlingsteknik. Jag fann större art- och individrikedom av både dagfjärilar och humlor på ekologiska gårdar jämfört med de konventionella gårdarna. En bidragande orsak till resultaten var att den ekologiskt brukade marken var rikare på blommande växter som insekterna kunde nyttja, vilket var en följd av förbudet att använda ogräsbekämpningsmedel. Emellertid var det betydligt större skillnad i art- och individrikedom mellan ekologiska och konventionella gårdar i de intensivodlade, åkerdominerade landskapen än i de mer varierade landskapen. Vinsten i biologisk mångfald blir alltså större i det ekologiska jordbruket i ett högintensivt odlingsområde när man jämför med motsvarande gård med konventionellt jordbruk. Det kan bero på att det är större skillnad mellan odlingssystemen i sådana landskap, till exempel är användningen av bekämpningsmedel inom den konventionella odlingen högre där. Men det kan också bero på att mer varierade landskap redan har så stor biologisk mångfald att en liten förbättring i livsmiljön inte gör så stor skillnad.



Jag designade ett nytt studiesystem för att undersöka om skillnader i artrikedom av växter och art- och individrikedom av dagfjärilar mellan olika odlingssystem beror på hur stor del av ett landskap som odlas ekologiskt. Jag valde ut cirkelformade landskap, med en radie på 1 km, som antingen innehöll antingen en stor eller en liten andel ekologiskt brukad mark. Inom dessa landskap valde jag sedan ut åkerpar där den ena åkern var ekologiskt brukad och den andra konventionellt brukad. Den här studiedesignen gjorde det möjligt att separera påverkan av odlingssystemet i två komponenter, dels i en lokal åkereffekt och dels i en landskapseffekt. Jag fann betydligt större artrikedom av både dagfjärilar och växter, och större individrikedom av dagfjärilar, vid åkrar som var ekologiskt brukade än vid de som brukades konventionellt, vilket tyder på en stark lokal effekt av ekologisk odling. Förutom den lokala effekt fann jag att den lokala art- och individrikedomen påverkades av hur stor andel av det omgivande landskapet som odlades ekologiskt.



När det gällde artrikedomen av dagfjärilar och växter visade det sig att om en åker, oavsett dess odlingsform, var omgiven av många åkrar som brukades ekologiskt så ökades den lokala artrikedomen. Det kan bero på att en stor andel ekologisk odling gör att det också finns större sammanhängande områden med gynnsam livsmiljö, vilket gör att fler arter kan överleva. Även konventionellt brukade åkrar påverkades av att vara omgivna av en stor andel ekologisk jordbruksmark, vilket tyder på att ekologisk odling inte bara påverkar artrikedomen på den ekologiskt brukade marken, utan också i omgivande områden. Individrikedomen av dagfjärilar visade på en annan ?landskapseffekt? av ekologisk odling. Det förekom nämligen fler fjärilar på ekologiska åkrar som låg isolerade av konventionella åkrar, jämfört med ekologiska åkrar som var belägna nära många andra ekologiskt brukade åkrar. Alltså verkar fjärilarna, i landskap dominerade av konventionell odling, aktivt leta upp ekologiskt brukade åkrar och samlas där.



Sammantaget visar mina resultat att ekologisk odling kan gynna mångfalden av dagfjärilar, humlor och växter. Emellertid verkar graden av den gynnsamma effekten beror på i vilken typ av landskap som den ekologiskt brukade gården eller åkern ligger, och på om det är isolerade åkrar eller mer sammanhängande områden som brukas ekologiskt. Dessa slutsatser kan dock ha vidare konsekvenser än så. De flesta ekologiska jordbruk som får miljöersättning för ekologisk produktion ligger i de varierade jordbrukslandskapen. Anslagen skulle dock kunna bidra till större biologisk mångfald om fler jordbruk i de intensivodlade landskapen gick över till ekologisk produktion. Å andra sidan bidrar kanske de ekologiska miljöersättningarna till att det finns något jordbruk över huvud taget i de mer varierade odlingslandskapen. I sådana regioner överges ofta jordbruksmark på grund av dålig lönsamhet, vilket i sig är ett hot mot den biologiska mångfalden. Andra typer av miljöersättningar i övriga europeiska länder visar samma förskjutning i förekomst mot mer varierade, lågintensivt brukade regioner. Om mina resultat kan generaliseras har det således konsekvenser för hur ersättningsprogrammen bör designas och implementeras för att vara effektiva och för att pengarna som investeras ska göra största möjliga nytta för den biologiska mångfalden.

• author: Rundlöf, Maj
• supervisor: Henrik Smith
• opponent: Professor Steffan-Dewenter, Ingolf, University of Bayreuth, Bayreuth, Germany
• organization: Biodiversity; Biodiversity and Conservation Science (research group)
• publishing date: 2007
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: Djurekologi, Natural science, Naturvetenskap, Ekologi, Animal ecology, plants, spatial scales, species richness, Ecology, landscape ecology, agri-environment schemes, farming practice, conservation, butterflies, bumble bees
• pages: 132 pages
• defense location: Blå hallen, Ecology Building, Sölvegatan 37, Lund
• defense date: 2007-06-15 09:30:00
• ISBN: 978-91-7105-258-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 2135e1f0-38e9-42a1-a15f-38e52bf56107 (old id 548869)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:34:25
• date last changed: 2021-01-05 18:05:19