Advanced

Ground beetle dynamics in intensively managed agricultural landscapes

Palmu, Erkki LU (2014)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

I denna avhandling har jag studerat jordlöparnas (Carabidae) dynamik i de intensivt brukade landskapen som återfinns i Skånes slättbygd. Jordlöpare är en artrik familj av rovlevande skalbaggar som är vanligt förekommande i jordbruksmark. De livnär sig på en mängd olika insekter, andra leddjur och blötdjur, som t.ex. skadedjur såsom bladlöss eller kålflugans ägg. För att uppnå en effektiv skadedjursbekämpning är det viktigt att förstå vilka faktorer som påverkar den rumsliga fördelningen av jordlöpare. Per definition domineras dessa landskap av jordbruksmark som plöjs och/eller harvas årligen, och i Skånes slättbygd odlas främst höstvete, vårkorn, höstraps och sockerbetor. På motsvarande sätt är... (More)
Popular Abstract in Swedish

I denna avhandling har jag studerat jordlöparnas (Carabidae) dynamik i de intensivt brukade landskapen som återfinns i Skånes slättbygd. Jordlöpare är en artrik familj av rovlevande skalbaggar som är vanligt förekommande i jordbruksmark. De livnär sig på en mängd olika insekter, andra leddjur och blötdjur, som t.ex. skadedjur såsom bladlöss eller kålflugans ägg. För att uppnå en effektiv skadedjursbekämpning är det viktigt att förstå vilka faktorer som påverkar den rumsliga fördelningen av jordlöpare. Per definition domineras dessa landskap av jordbruksmark som plöjs och/eller harvas årligen, och i Skånes slättbygd odlas främst höstvete, vårkorn, höstraps och sockerbetor. På motsvarande sätt är täckningen av fleråriga vallar och andra naturbetes- och slåttermiljöer mycket begränsad i dessa jordbrukslandskap. Den enskilt viktigaste orsaken till det nuvarande läget i dessa landskap är jordarnas höga produktionsvärde. Ju mer bördiga jordar som återfinns i ett område, desto mer intensivt brukade är de. Även om det är logiskt och rimligt från ett människoperspektiv att använda denna typ av mark främst för odling av våra mest näringsrika grödor, uppstår problem för den lokala floran och faunan, särskilt i områden med hög grad av monokultur, dvs. jordbrukslandskap som omfattas av i huvudsak en grödtyp. Det största problemet för rovlevande leddjur, såsom jordlöpare och spindlar är att ett ganska begränsat antal arter kan överleva i områden där marken plöjs/harvas en till två gånger per år. Det jordlöparsamhälle som ändå återfinns bland åkrar och fält kan dock vidare påverkas av tidpunkten för odling, exempelvis så är jordbearbetning i samband med vårsådd mer skadligt för vissa jordlöpararter. Denna bakgrund väcker frågan: kan förekomsten och mångfalden av jordlöpare i intensivt brukade jordbrukslandskap förbättras utan att offra mark som används för grödproduktion? Diversifiering av grödor har, tillsammans med ökade andelar av naturbetes-, slåttermark och fältkantsmiljöer, föreslagits gynna den biologiska mångfalden i intensivt brukade jordbrukslandskap, men den relativa betydelsen av dessa faktorer är fortfarande inte väl kartlagd.



På lokal nivå har vi jämfört utkläckande jordlöparsamhällen (dvs. lokalt övervintrande jordlöpare) och aktiva jordlöparsamhällen (dvs. aktivt rörliga jordlöpare), för att se om jordlöparnas kroppsstorlek i kombination med den lokala grödtypen (tre jordbrukshabitat från låg till hög markanvändningsintensitet: vall < höstvete < sockerbetor) kan förklara jordlöparsamhällenas struktur. Vi fann störst skillnad mellan samhällen av utkläckande och aktiva jordlöpare i sockerbetsfält, där den främsta skillnaden låg i att större arter var frånvarande från de utkläckande jordlöparsamhällena. Våra resultat tyder dessutom på att höstvetefält är mindre skadliga livsmiljöer för övervintrande större jordlöpare jämfört med sockerbetsfält. Vi drar slutsatsen att den mest intensivt brukade grödtypen i vår studie, sockerbetor, har lägst utkläckning av större jordlöpararter per ytenhet, även om de på grund sin rörlighet dominerar de aktiva jordlöparsamhällen.



Vi har även utvärderat hur grödmångfalden och förekomsten av naturbetesmarker på landskapsnivå samverkar med den lokala grödtypen i deras effekt på jordlöparsamhällen i Skånes slättbygd, samt hur detta påverkar den funktionella sammansättningen av jordlöparna. Vi samlade karaktärsdrag gällande spridningskapacitet, habitatpreferenser, kroppsstorlek, samt huvudsaklig fortplantningssäsong och föda. Jordlöparmångfalden ökar med grödmångfalden antingen oberoende av den lokala grödan, eller bara i mindre intensivt brukade grödor såsom mångårig vall. Mängden vallar och naturbetesmarker på landskapsnivå påverkade däremot inte jordlöparmångfalden. Stora och medelstora, samt höstaktiva jordlöpare var indikativa för landskap med låg grödmångfald, medan våraktiva jordlöpare med god spridningsförmåga var indikativa för landskap med hög grödmångfald. Vår slutsats var att (a) vallar och naturgräsmarker inte fungerar som källmiljöer på landskapsnivå om de utgör en allt för låg proportion av den totala markanvändningen, medan (b) grödmångfald är positivt korrelerad till jordlöparmångfald i intensivt brukade jordbrukslandskap. Gynnsamma effekter av en diversifiering av grödor på landskapsnivå för den biologiska mångfalden beror därmed på den allmänna jordbruksintensiteten i en region. Våra resultat visar även att grödmångfald förändrar jordlöparsamhällen bortom biologisk mångfald, nämligen på nivån för funktionella egenskaper. Exempelvis så fann vi att större höstaktiva jordlöpare var indikativa för landskap med låg grödmångfald. Detta är sannolikt en följd av att höga andelar av höstsådd spannmål som ökar dominansen av arten Åkersvartlöpare (Pterostichus melanarius Illiger).



Utöver dynamik på lokal nivå och landskapsnivå, studerade vi även mönster av långväga regional spridning för tre mycket vanliga jordlöpare med hjälp δ18O och δD stabila isotopkvoter. Sådan långväga spridning är tidigare känd bland annat för skadedjur såsom bladlöss och Koloradobagge (Leptinotarsa decemlineata Say). Av de tre jordlöpararterna vi studerat, har Ängsbrunlöpare (Trechus quadristriatus Schrank) och Åkerfrölöpare (Harpalus rufipes DeGeer) välutvecklade vingar och oftast fungerande flygmuskulatur, medan Åkersvartlöpare oftast helt saknar flygförmåga. Våra resultat indikerar att en betydande andel av Ängsbrunlöparna i de intensivt brukade jordbrukslandskapen kom från avlägsna platser, möjligtvis har de korsat Östersjön med hjälp av östliga säsongsvindar. (Less)
Abstract
In this thesis I have focused on studying dynamics of ground beetle assemblages in intensively managed agricultural landscapes. By definition, the land cover of these landscapes is dominated by annually tilled farmland, comprising a range of different crop types, in the context of the southern Swedish province of Scania mostly winter wheat, spring barley, winter rapeseed, and sugar beets. This background begs the question: can the presence of ground beetles in intensively managed agricultural landscapes be facilitated without sacrificing land dedicated to crop production? Crop diversification has been mentioned as a possible greening measure to mitigate agricultural intensity. Our results show that semi-natural grasslands and leys may not... (More)
In this thesis I have focused on studying dynamics of ground beetle assemblages in intensively managed agricultural landscapes. By definition, the land cover of these landscapes is dominated by annually tilled farmland, comprising a range of different crop types, in the context of the southern Swedish province of Scania mostly winter wheat, spring barley, winter rapeseed, and sugar beets. This background begs the question: can the presence of ground beetles in intensively managed agricultural landscapes be facilitated without sacrificing land dedicated to crop production? Crop diversification has been mentioned as a possible greening measure to mitigate agricultural intensity. Our results show that semi-natural grasslands and leys may not function as source habitats at a landscape-scale if they comprise a low proportion of the total land-use, while increasing crop diversity is correlated to ground beetle richness and diversity in agricultural landscapes dominated by arable land. Autumn breeding ground beetles were indicative of low crop diversity landscape. This is likely a result of high proportions of winter sown cereals that increase dominance of the species Pterostichus melanarius Illiger. Larger species were absent from assemblages emerging ground beetle assemblages in intensively managed crops such as sugar beet. Further, our results suggest that winter wheat fields are less adverse habitats for overwintering larger ground beetles as compared to sugar beet fields. Sugar beet management reduces emergence of larger ground beetle species that dominate actively moving assemblages, indicating that especially larger species are drivers of local ground beetle dynamics. Differences in isotopic composition between emerging and colonizing individuals of Trechus quadristriatus Schrank suggests that a significant proportion of individuals of this species came from remote locations, perhaps crossing the Baltic Sea with easterly winds. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Prof. Dr. Wolters, Volkmar, Justus Liebig University Giessen, IFZ - Department of Animal Ecology
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Carabidae, species richness, species diversity, functional traits, body size, emergence, dispersal, stable isotopes, deuterium, oxygen, crop diversification, landscape heterogeneity, agricultural management
categories
Higher Education
pages
112 pages
publisher
Department of Biology, Lund University
defense location
Blå hallen, Ekologihuset, Sölvegatan 37, LUND
defense date
2014-06-13 09:30
ISBN
978-91-7623-013-8
language
English
LU publication?
yes
id
1988fbdb-ee71-4620-a261-0febde4a8ad4 (old id 4436280)
date added to LUP
2014-05-15 11:03:21
date last changed
2016-09-19 08:45:07
@phdthesis{1988fbdb-ee71-4620-a261-0febde4a8ad4,
  abstract     = {In this thesis I have focused on studying dynamics of ground beetle assemblages in intensively managed agricultural landscapes. By definition, the land cover of these landscapes is dominated by annually tilled farmland, comprising a range of different crop types, in the context of the southern Swedish province of Scania mostly winter wheat, spring barley, winter rapeseed, and sugar beets. This background begs the question: can the presence of ground beetles in intensively managed agricultural landscapes be facilitated without sacrificing land dedicated to crop production? Crop diversification has been mentioned as a possible greening measure to mitigate agricultural intensity. Our results show that semi-natural grasslands and leys may not function as source habitats at a landscape-scale if they comprise a low proportion of the total land-use, while increasing crop diversity is correlated to ground beetle richness and diversity in agricultural landscapes dominated by arable land. Autumn breeding ground beetles were indicative of low crop diversity landscape. This is likely a result of high proportions of winter sown cereals that increase dominance of the species Pterostichus melanarius Illiger. Larger species were absent from assemblages emerging ground beetle assemblages in intensively managed crops such as sugar beet. Further, our results suggest that winter wheat fields are less adverse habitats for overwintering larger ground beetles as compared to sugar beet fields. Sugar beet management reduces emergence of larger ground beetle species that dominate actively moving assemblages, indicating that especially larger species are drivers of local ground beetle dynamics. Differences in isotopic composition between emerging and colonizing individuals of Trechus quadristriatus Schrank suggests that a significant proportion of individuals of this species came from remote locations, perhaps crossing the Baltic Sea with easterly winds.},
  author       = {Palmu, Erkki},
  isbn         = {978-91-7623-013-8},
  keyword      = {Carabidae,species richness,species diversity,functional traits,body size,emergence,dispersal,stable isotopes,deuterium,oxygen,crop diversification,landscape heterogeneity,agricultural management},
  language     = {eng},
  pages        = {112},
  publisher    = {Department of Biology, Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {Ground beetle dynamics in intensively managed agricultural landscapes},
  year         = {2014},
}