title: Community phylogenetics and invertebrate herbivory in managed grasslands
title: Auswirkungen der Landnutzung und der phylogenetischen Diversität von Pflanzengemeinschaften auf das Ausmaß der Invertebraten-Herbivorie
Creators: name: Egorov, Eugen
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: Grünland
Landnutzung , Biodiversität
Phylogenetics , land use
biodiversity
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
herbivory

description: Intensivierung in der Landnutzung
      führt in terrestrischen Ökosystemen häufig zu einem Verlust
      von Biodiversität. Um die Auswirkungen dieser Verluste auf
      die Ökosysteme besser abschätzen zu können, benötigen wir ein
      genaueres Verständnis der Beziehungen zwischen Landnutzung,
      Biodiversität und Ökosystemfunktionen und –prozessen.
      Biodiversität umfasst neben Artenreichtum und funktioneller
      Diversität auch die evolutionären Beziehungen innerhalb von
      Artengemeinschaften, die sogenannte phylogenetische
      Diversität. Die phylogenetische Diversität von
      Artengemeinschaften wird häufig als gleichwertig oder als
      Ersatz für funktioneller Diversität betrachtet, hat aber
      gegenüber der funktionellen Diversität den Vorteil, dass a
      priori keine subjektive Auswahl von funktionell bedeutsamen
      Artmerkmalen gemacht werden muss. Veränderungen in der
      phylogenetischen Diversität von Artengemeinschaften können
      trophische Interaktionen sowie Ökosystemfunktionen und
      –prozesse beeinflussen. Ob intensivere Landnutzung zu eine
      Abnahme der phylogenetischen Diversität hat, ist daher eine
      wichtige ökologische Frage der in dieser Dissertation genauer
      nachgegangen werden soll. Im ersten Kapitel gebe ich zuerst
      eine allgemeine Einführung in die Thematik des
      Forschungsfeldes phylogenetische Diversität. Danach widme ich
      mich den einzelnen Teilstudien und arbeite die
      Fragestellungen für diese Dissertation aus. Im zweiten
      Kapitel wird der Frage nachgegangen ob in genutzten
      Grünländern die phylogenetische Diversität von
      Pflanzengemeinschaften entlang eines
      Landnutzungsintensitäts-gradienten abnimmt und ob häufige und
      seltene Arten in ähnlicher Weise reagieren. Meine Ergebnisse
      zeigen, dass die phylogenetische Diversität nur schwach mit
      zunehmender Intensität der Landnutzung abnimmt.
      Gemeinschaften von häufigen und seltenen Pflanzenarten zeigen
      dabei keine eindeutigen Unterschiede. Unterschiede im Effekt
      der Landnutzung auf die phylogenetische Diversität ergaben
      sich jedoch zwischen den einzelnen untersuchten Regionen. Der
      schwache Zusammenhang zwischen Phylogenetischer Diversität
      und Landnutzung ist möglicherweise durch ein schwaches
      phylogenetisches Signal in funktionellen Merkmalen die mit
      der Landnutzung zusammenhängen zu erklären. Im dritten
      Kapitel habe ich die Zusammenhänge zwischen
      Pflanzendiversität, Landnutzung und der Diversität von
      herbivoren Insekten näher untersucht. Zuerst habe ich
      geprüft, ob die phylogenetische Diversität von Pflanzen neben
      der Artenanzahl ein besserer oder zusätzlicher Prädiktor der
      Insektendiversität ist. Weiterhin habe ich untersucht, ob es
      einen positiven Zusammenhang zwischen phylogenetischer
      Diversität der Pflanzen und herbivoren Insekten gibt. Und
      zuletzt habe ich geprüft, ob die phylogenetische Diversität
      von herbivoren Insekten mit zunehmender Intensität der
      Landnutzung abnimmt. Meine Ergebnisse zeigen, dass die
      Artenanzahl der Pflanzen ein guter Prädiktor für die
      Artenzahl der Insekten ist, die phylogenetische Diversität
      der Pflanzen darüber hinaus aber nur einen kleinen Teil der
      Variabilität der Artenanzahl von Insekten erklärt. Die
      phylogenetische Diversität der herbivoren Insekten zeigte
      sowohl mit der phylogenetischen Diversität der Pflanzen als
      auch mit der Landnutzung keinen eindeutigen Zusammenhang. Die
      Wirtspflanzen der herbivoren Insekten gehören meist einigen
      mehr oder weniger engen Gruppen innerhalb der kompletten
      Pflanzenphylogenie an (geclusterte Spezialisierung). Dadurch
      kann es zur Überschätzung der verfügbaren und genutzten
      Nischen innerhalb der Pflanzengemeinschaften kommen, wenn
      auch Pflanzengruppen mit in die Analyse einbezogen werden,
      die nicht oder kaum von den Insekten genutzt werden. Der
      fehlende Zusammenhang zwischen Landnutzung und
      phylogenetischer Diversität von herbivoren Insekten könnte
      mit einem schwachen oder nicht vorhandenem phylogenetischen
      Signal in landnutzungssensitiven Artenmerkmalen. Dadurch kann
      es zu keiner Selektion durch die Landnutzung kommen und wenn
      Arten verloren gehen, geschieht das eher zufällig. Im vierten
      Kapitel habe ich die Auswirkungen der Landnutzung und der
      phylogenetischer Diversität von Pflanzengemeinschaften auf
      das Ausmaß der Invertebraten-Herbivorie untersucht. Ich
      prüfte, ob die Herbivorie mit steigender phylogenetischen
      Diversität der Pflanzen zunimmt und, ob Landnutzung einen
      direkten negativen Effekt auf die Herbivorie hat oder einen
      indirekten über Veränderungen in der Pflanzendiversität.
      Meine Ergebnisse zeigen eine signifikante Zunahme der
      Herbivorie mit zunehmender phylogenetischer Diversität.
      Weiterhin konnte ich zeigen, dass die Landnutzung zwar
      generell einen direkten negativen Effekt auf die Herbivorie
      hat, die Stärke der einzelnen Effekte sich aber zwischen den
      einzelnen Regionen unterscheiden.
description: Land-use change and intensification
      poses one of the major threats to biodiversity in terrestrial
      ecosystems now and for the next decades (Sala et al. 2000).
      To assess the consequences of ongoing and future biodiversity
      loss, it is crucial to understand the complex interactions
      between biodiversity and ecosystem functions. Biodiversity,
      however, is a fuzzy term that comprises different aspects of
      natural communities. So far, community species richness and
      functional diversity are two aspects of biodiversity that
      have received most attention in community ecology. Although
      these biodiversity measures have provided the predominant
      part of our knowledge on biodiversity – ecosystem
      relationships, advances in ecological theory and methods have
      revealed several shortcomings related to these approaches. In
      the past 20 years community phylogenetics has been proposed
      as an additional measure of biodiversity to enhance our
      understanding of the biodiversity – ecosystem functioning
      relationships (Webb et al. 2002a; Cavender-Bares et al. 2009;
      Srivastava et al. 2012). For example, phylogenetic diversity
      of plant communities has been shown to be a better predictor
      of productivity than species richness or functional diversity
      (Flynn et al. 2011). It has also been shown that phylogenetic
      diversity affects ecosystem processes. Herbivory in forests
      and grasslands was altered by phylogenetic diversity of plant
      communities (Parker et al. 2012; Dinnage 2013). Community
      phylogenetics also provide additional insights into community
      assembly processes compared to species richness or functional
      diversity. For example, Pellissier et al. (2014) showed that
      application of nitrogen and herbicides lead to a decrease in
      plant species richness, but promoted different responses in
      plant traits (specific leaf area and canopy height). Plant
      phylogenetic diversity increased when nitrogen and herbicides
      were applied together, most likely because traits that
      facilitate plant success under the applied conditions were
      not phylogenetically conserved. Dinnage (Dinnage 2009) showed
      that plant communities contain species that are closer
      related than expected by chance in plots that experienced
      higher disturbance, a pattern called phylogenetic
      under-dispersion or clustering (Webb et al. 2002a). Although
      most studies focus on primary producers in community
      phylogenetic analyses, these patterns apply also to animal
      communities as shown by Helmus et al. (Helmus et al. 2010).
      He analyzed zooplankton communities in disturbed lakes and
      found that communities in disturbed lakes contained more
      closely related species than in undisturbed lakes. Arthropod
      communities in general and in particular herbivorous
      arthropods, play a major role in ecosystem processes (Weisser
      and Siemann 2007). To date, however, our knowledge about the
      effects of land-use intensification on invertebrate herbivore
      communities, phylogenetic diversity of communities in
      particular, is still limited. Trophic interactions also play
      a major role in structuring insect communities. Dinnage et
      al. (2012) showed that increasing plant species richness and
      phylogenetic diversity increased arthropod diversity, insect
      herbivore diversity in particular. The relationships between
      plant and insect phylogenetic diversity yet remain largely
      unknown. Hence, understanding the effects of land use on
      phylogenetic diversity of plant and herbivore communities, as
      well as the relationships between plant and insect
      phylogenetic diversities, is crucial to predict the
      consequences of biodiversity loss on ecosystems. To study the
      relationships mentioned above, an appropriate study system is
      of importance. This study was conducted within the
      Biodiversity Exploratories, a large-scale and long-term
      research project to study the relationships between land use,
      biodiversity and ecosystem functioning (Fischer et al. 2010).
      The Biodiversity Exploratories are situated in three regions
      in Germany (Schwäbische Alb in SW Germany; Hainich-Dün in
      Central Germany and Schorfheide-Chorin in NE Germany). Each
      of the regions comprises 300 experimental plots (150 in
      grasslands and 150 in forests) under constant land use. This
      study focuses on the grasslands which experience different
      levels and types of land use.