Effects of Farming Practice on Pollinators and Pollination across Space and Time

Abstract

Several studies have found that organic farms support higher biodiversity, but results vary between studies such that some also show no or even negative effects. There can be many reasons why studies comparing organic and conventional farming show conflicting results. The efficacy of organic farming can depend on focal taxa, landscape context, study scale and the proportion of organically managed farms in a region. I also considered a fourth possible source: heterogeneity in result from not considering historical processes, e.g. how long the farm has been managed organically. The main aim of this thesis was to evaluate if farming practices modify pollinator diversity and the ecosystem functions they provide while controlling for landscape heterogeneity and the time since the farm converted to organic practices. I found that Swedish organic farming practices can enhance diversity and abundances of pollinators such as hoverflies, solitary bees, and bumblebees, as well as that of butterflies and plants. Not all organism groups responded equally to organic farming, which may depend on trait differences between the pollinator groups. Thus the effect of organic farming may not only depend on at which scale it is applied in the landscape, but on how mobile organisms are. More mobile organisms are then able to utilize resources generated by organic farming at different spatial scales. Hoverflies and butterflies are not central place foragers, such as bees, and are relatively mobile and may therefore more easily trace changes in local habitat quality. Landscape homogenisation may be an important reason for loss of pollinator diversity. I found landscape heterogeneity, rather than local farming practice, to be more important for diversity of e.g. solitary bees. Landscape could be important, because solitary bees and bumblebees are central place foragers and therefore need habitats for survival and reproduction within a restricted area. The abundance of pollinators also increases with the time since conversion to organic farming, especially hoverflies and butterflies. Hoverflies may respond to a gradual increase in a local resource that I did not measure, such as plants. I found organic farming in homogenous landscapes to improve pollination success in strawberries. Strawberries need visits from pollinators of different sizes and organic farms maintained taxonomically broader communities even in homogenous landscapes. Other plants need pollinators more sensitive to landscape homogenisation, like long-tongued bumblebees. I found that the pollination of such a plant, field beans, increased with landscape heterogeneity but only on organic farms. It is important to improve agriculture for enhancing ecosystem services, like pollination, and organic farming could be one step in this development.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Intensifieringen av jordbruket under de senaste sextio åren har resulterat i en dramatisk produktionsökning av framförallt spannmål. Denna typ av produktion, speciellt det mest intensiva s.k. industrijordbruket, har samtidigt också resulterat i en ohållbar degradering av ekosystemen och miljön, till exempel förlust av biologisk mångfald, utsläpp av växthusgaser, förgiftade vattendrag, jorderosion och degradering samt i vissa fall lokala hälsoproblem. Detta gör att vi måste hitta sätt att producera mat som är miljömässigt acceptabla. En lösning som har anammats av europeiska regeringar är att betala jordbrukare för att bruka marken på ett, vad man hoppas, mer miljövänligt sätt. Ett av dessa miljöstöd är ekologisk odling, vilket också är det vanligaste miljöstödet till jordbruket i Sverige. Det är ett stöd där man tagit hela systemet i beaktande, dvs inte bara hur man sköter enskilda delar på gården utan hela odlingsprocessen. I Sverige kan man certifiera gården eller odlingen enligt två olika system, det europeiska i enlighet med EU-kommissionens förordning (EG) nr 834/2007 eller det svenska KRAVs regelverk. Dessa är i stort mycket lika, men KRAV har lite mer långtgående regler för bl.a. djurskötseln. Om man sköter sin odling i enlighet med dessa regler så förväntas man belasta miljön mindre än det konventionella odlingssättet. Det kan handla om bättre hushållning med resurser som växtnäring och energi, minskade utsläpp av växthusgaser eller att man bevarar biologisk mångfald. Många undersökningar har visat att ekologiska gårdar jämfört med konventionella gårdar överlag har högre biologisk mångfald. Antalet arter och hur många det är av varje art är viktigt av flera orsaker. Många anser att de har ett värde i sig och att vi inte har rätt att utrota arter, men det finns också ett rent nyttoskäl utifrån ett mänskligt perspektiv. Organismer uppehåller funktioner i ekosystemen som gynnar oss människor. Det kan vara vattenrening, cirkulation av näringsämnen, nedbrytning av restprodukter och pollinering av många av våra grödor. Dessa funktioner är inte bara viktiga för samhället i stort utan en viktig del av jordbruksekosystemet.



I min avhandling har jag undersökt en del av de organismer som utför viktiga funktioner i jordbruket, och naturen i övrigt, nämligen pollinerande insekter. De flesta känner till honungsbiet som ett av dem liksom humlorna som också är viktiga för pollinering. Mindre känt är kanske att vi har ca 260 arter andra bin, s.k. solitära bin, och ungefär 400 arter blomflugor som också kan vara viktiga pollinatörer, men som är ganska dåligt undersökta hittills. En stor skillnad mellan humlor, solitära bin, honungsbin och blomflugor är att bina har ett bo de måste återvända till efter varje födosökstillfälle. Detta behöver inte blomflugorna och begränsas därför inte lika mycket av hur stort område de kan söka efter föda på. Dessa skillnader mellan bin och blomflugor har effekter på hur de påverkas av ekologiskt jordbruk och landskapsstruktur. Jag valde att testa effekter av ekologisk odling och landskapsheterogenitet på solitära bin, humlor, blomflugor, fjärilar och växter.



Förlust av landskapets ekologiska variationsrikedom, så kallad landskapsheterogenitet, anses vara en viktig orsak till att jordbrukets intensifiering medfört minskad biologisk mångfald. En stor landskapsheterogenitet kan ses som stor variation av livsmiljöer på en given yta. Till exempel ett landskap på 1 x 1 kilometer kan innehålla både skog, många åkrar med olika grödor, åkerholmar, mycket fältkanter, betesmarker och vattendrag och så vidare. Ett homogent landskap på 1 x 1 kilometer kanske bara består av stora åkrar med två olika sorter grödor med lite kantzoner eller bara granskog. Detta kan ses som två extremer på en gradient av skiftande heterogenitet. Landskap med stor heterogenitet brukar ha större mängd arter, troligen på grund av att det finns en större mängd olika typer av livsmiljöer och mer resurser för olika arter. Eftersom landskapsstrukturen också kan påverka effekten av ekologiskt jordbruk undersökte jag ekologiska och konventionella gårdar placerade längs en gradient av landskapsheterogenitet.



I undersökningar av nya jordbruksmetoder tar man oftast inte hänsyn till tiden sen jordbrukaren ställde om till det nuvarande brukningssättet. Detta kan ha en effekt på vilka slutsatser man drar av effektiviteten på det nya sättet att bruka gården. Orsaken är att det finns tidsförskjutningar i organismers reaktion på en förändring i miljön. Dessa kan bero på att organismer förökar sig långsamt eller att det tar tid innan nya arter koloniserar en plats där en förbättring i miljön skett. Det kan också bero på att även om arter snabbt kan reagera på förändringar i miljön, så sker miljöförändringen i sig långsamt. Därför tog jag med tiden sen de ekologiska gårdarna hade skiftat från konventionella brukningsmetoder och anslutit sig till KRAV.



I de studier jag genomförde visade jag att både antal arter och tätheten av pollinerande insekter var högre på ekologiska gårdar jämfört med konventionella. Även mer heterogena landskap hade fler arter och högre täthet av pollinatörer än mer homogena landskap. Dessa effekter skiljde sig mellan de olika grupperna av pollinatörer. Blomflugor påverkades av både ekologisk odling och landskapsheterogenitet medan solitära bin nästan bara påverkades av landskapsheterogenitet. Pollinatörernas olika karaktärer kan avgöra hur de påverkas. Solitära bin kan till exempel inte flyga så långt och måste återvända till boet. Det gör att de har svårare att upptäcka förändringar på lokal skala. Blomflugorna kan bättre tillgodogöra sig små skillnader i kantzoner och åkrar. Därför kan även små gårdar eller fält med ekologisk odling påverka dem.



Artantalet av alla undersökta organismer var inte större på gamla ekologiska gårdar än på nya. Det verkar som om de undersökta arterna snabbt hinner reagera på omställningen till ekologisk odling. För växter kan det bero på att de ligger i en fröbank som kan växa upp när de inte sprutas bort av herbiciderna. En annan orsak kan vara att några arter snabbt kan etablera sig efter omställningen, det kan vara snabbspridda arter som inte trivdes i konventionell odling. Detsamma kan gälla insekterna som sprider sig snabbt till olika platser och överlever i större grad på ekologiska odlingar. Det kan bero på både högre överlevnad när man inte använder insektsgifter och att det fanns fler växtarter i större mängd som gav mer föda åt insekterna.



Abundansen av både blomflugor och fjärilar ökade å andra sidan med åldern på de ekologiska gårdarna. Det kan bero på att dessa grupper är rörliga och lätt hittar nya resurser och kan då behålla och bygga upp populationer där resurserna är bra. Bina å andra sidan kan ha svårt att avgöra den lokala kvaliteten på våren då drottningar av humlor och solitärbinas honor och hanar söker boplatser och startar en ny koloni eller samhälle. De är sedan mer eller mindre fast där under säsongen, medan blomflugorna kan flytta eftersom de inte har ett bo att sköta.



Ekosystemfunktioner är inte nödvändigtvis beroende av bara biologisk mångfald och mängden pollinerande insekter. Till exempel kan vissa växtarter behöva en variation av olika karaktärer på de pollinerande insekterna som inte nödvändigtvis är direkt relaterat med antalet arter. Därför undersökte jag också ett annat mått på samhället, den taxonomiska bredden av olika arter. Det vill säga hur mycket olika arter det fanns men även hur mycket släkt de var med varandra. Till exempel ett samhälle med pollinerande insekter som består av 30 arter små blomflugor har inte lika stor bredd som ett samhälle med 30 arter med en blandning av små och stora blomflugor, små och stora solitära bin och humlor. Jag antar här att pollinatörer som är mindre besläktade har mer olika drag. Jag fann att ekologiska gårdar behöll bredden på pollinatörssamhället även i homogena landskap. På konventionella gårdar blev samhället inte bara artfattigare i homogena landskap, utan också med mindre variation mellan de olika arterna.



Då artdiversitet, täthet och variation av pollinerande insekter var större på ekologiska gårdar och ökade med landskapsheterogeniteten kan även funktionen påverkas. Jag undersökte detta på två olika grödor, jordgubbar och åkerböna. Pollination av jordgubbar mätte jag i homogena landskap där bristen på pollinatörer kan vara störst. Jordgubbar behöver pollinatörer av olika storlek för att bli fullt pollinerade. Stora bin och flugor pollinerar toppen av jordgubbsblomman och små pollinerar basen. Jordgubbarna var bättre pollinerade på ekologiska gårdar jämfört med konventionella. Det kan bero på att de ekologiska gårdarna hade en större variation av arter och därmed fanns det både stora och små pollinatörer i tillräcklig mängd. Pollinationen av åkerbönorna jämförde jag både på ekologiska och konventionella gårdar samt på konventionella gårdar med olika mycket vall i det omgivande landskapet. Alla dessa gårdar låg längs en gradient av landskapsheterogenitet. Jag fann att åkerbönorna hade fler utvecklade skidor på ekologiska gårdar och pollinationen av bönorna i skidorna ökade med stigande landskapsheterogenitet på de ekologiska gårdarna. Detta kan bero på att framförallt långtungade humlor, som är de bästa pollinatörerna på åkerböna, kan gynnas av ökad landskapsheterogenitet som ger mer bo- och födosökshabitat, till exempel gamla betesmarker. Att pollinationen ökade endast på ekologiska gårdar kan i sin tur bero på att dessa har fler resurser för pollinatörer utanför betesmarkerna, framför allt kanske i fältkanter och i fälten, än de konventionella gårdarna.



Ekologisk odling delar många av problemen med konventionell odling. En sak som kan förbättras, även inom konventionell odling, är att jordbrukare får betalt för alla de olika ekosystemtjänster som jordbruket kan tillföra samhället, inte bara de som gynnar jordbrukaren själv. Till exempel för att öka pollineringen kan även bevarande av landskapsheterogenitet för bo- och födoplatshabitat gynnas.



Jag har i denna avhandling visat hur ekologisk odling kan gynna pollinatörer och potentialen för den tjänst de utför, pollinering av grödor. Vissa organismer kan öka med åldern på det ekologiska jordbruket, och detta bör också tas med i utvärderingen av olika miljöåtgärder. Även landskapets heterogenitet gynnar pollinatörer och pollinering och här kan miljöstöd användas för att gynna åtgärder i jordbruket som medför att det bättre producerar flera olika ekosystemtjänster, förutom mat, till samhället.

• author: Andersson, Georg
• supervisor: Henrik Smith; Maj Rundlöf
• opponent: Professor Fischer, Joern, Faculty of Sustainability, Leuphana University, Lueneburg, Germany
• organization: BECC: Biodiversity and Ecosystem services in a Changing Climate; Centre for Environmental and Climate Science (CEC); Biodiversity; MEMEG; Department of Biology
• publishing date: 2012
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Earth and Related Environmental Sciences; Biological Sciences
• pages: 140 pages
• defense location: Blå Hallen, Ekologihuset, Sölvegatan 37, Lund
• defense date: 2012-10-12 09:30:00
• ISBN: 978-91-7473-370-9
• project: Effects of Farming Practice on Pollinators and Pollination across Space and Time
• language: English
• LU publication?: yes
• id: fc146def-a49e-44eb-9e8b-1ede8961b0a0 (old id 3053417)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:15:46
• date last changed: 2019-04-18 09:06:40