Biodiversity and arthropod abundance in the upland of Leyte, Philippines

Abstract

In the humid tropics of SE-Asia the last primary forests are dwindling at an alarming rate. In many regions cultivated and degraded land outnumbers by far natural ecosystems. In the upland of Leyte island this is due to commercial and illegal logging activities and intensive slash-and-burn agriculture. The loss of the natural vegetation cover is accompanied by a decrease in diversity of fauna and flora, consequently also in ecosystem services and interactions, thus destabilizing the system and finally leading to degradation. To further preserve and restore natural biodiversity landscapes dominated by man need to be included in an overall research strategy. So far only few studies focus on the biodiversity of cleared and converted land adjacent to natural areas in the tropics. This study was conducted in a Philippine upland area and focused on interchanges of insects between the natural and the managed landscape. Two questions were approached. (1) Which structures and components of the cultural landscape are of significance for conserving arthropod biodiversity, and (2) are there species which originate from the natural forest and are able to become resident in the man-made systems? In order to answer these questions insect- and plant surveys as well as the movement patterns of selected insect species were examined along a gradient from the natural forest through the agricultural land. So as to define the effects of habitat destruction on the arthropod community of the research area arthropod communities of different habitats between the natural and agricultural ecosystems with increasing distance to the forest, in relation to the vegetation were compared. Insect sampling was carried out using modified Malaise traps, whereby four habitats were considered: (a) forest interior, (b) forest margin, (c) vegetable fields and (d) chayote ((Sechium edule (Jacq.) Sw. (Cucurbitaceae); the only perennial vegetable of the area) fields. These traps allowed a separate catch for each of the two arrival sides, whereby the one was always opened to the forest and the other to the field. Trapping was set up for a total of 18 months in 2001 and 2002 at three sites with the four habitats each. Arthropod diversity, composition of the arthropod community and trophic guild composition at habitats were determined for each habitat and arrival side. Obtained results are presented and discussed with regard to first: arthropod diversity and community composition along the transect from natural through agricultural systems; second: abundance patterns of selected species in natural and agricultural systems and third: abundance patterns of selected species within the agricultural land. It was found that plant diversity, vegetation structure and taxonomic composition as well as differences in the turnover of the vegetation at habitats (productivity of vegetation) influence arthropod groups and species in the study area in different ways which could not be generalised. Further, the relationships of insects between the natural forest and the open agricultural land were considered. In order to identify species that occur in the forest as well as in the open country, first, insects at sites of the forest interior, the forest margin and the agricultural land, were recorded using modified Malaise traps. Then, movement patterns of selected species were determined based on their abundances at the different habitats and arrival sides. In addition it was tried to find out whether major pest species of the cultivated crops show any relationship to the adjacent natural forest, and whether species originating from the forest (non-pest species) are able to colonize open country. The results indicate that the habitat of the pest species considered is limited to the cultivated land and does not include the forest. None of the non-pest species recorded in this study would be able to exist permanently in the agricultural area. They all depend on a closed forest habitat and therefore will become extinct as the forest disappears with proceeding slash-and-burn agriculture. However, some but not all of the pest and forest species were regularly recorded from the forest margin. Finally it was focused on relationships of insects between perennial and consecutive changing vegetable crops. Two kinds of habitats were distinguished: (i) frequently disturbed and rotational changing vegetables with simple architecture; (ii) rarely disturbed stands of chayote, with complex architecture. The impact of changing crop and weed species composition and the agricultural practices (soil preparation, planting, weeding, harvest) applied on the abundance of selected insect species and the question whether stands of chayote are used as refuge as long as conditions in the seasonal vegetables become unfavourable due to agroecosystem management applied were analysed. The insect species investigated include phytophagous specialists and generalists as well as beneficials (predators and pollinators). It only was possible to generalize movement patterns regarding significance of abundance variations at habitats and at opposite arrival sides of the traps in each habitat. With respect to the population development of the species in relation to cropping patterns and agricultural practices applied no common patterns could be determined. The results contribute to the assessment of the effects of man-made habitat conversion on the arthropod fauna in tropical ecosystems. The identification and classification of habitats and their interactions might enhance the understanding of ecosystems in order to make aware the need to preserve and restore biodiversity.

In den feuchten Tropen Süd-Ost Asiens nehmen die natürlichen Waldbestände weiterhin ab. Der Landschaftsanteil genutzter und degradierter Flächen liegt heute zumeist deutlich höher als derjenige naturbelassener Standorte. Im Hochland der Insel Leyte, Philippinen, wird der Verlust natürlicher Waldbestände vor allem durch kommerzielle und illegale Abholzung sowie intensive Brandrodung verursacht. Der Rückgang der natürlichen Vegetation wird begleitet von einer abnehmenden Vielfalt an Flora und Fauna und damit auch von Leistungen und Wechselbeziehungen innerhalb des Ökosystems. Dies führt zum Ungleichgewicht und letztendlich zur Zerstörung des betreffenden Ökosystems. Um die natürliche Biodiversität so weit als möglich erhalten und wiederherstellen zu können, müssen sowohl die Ökosysteme der natürlichen als auch der genutzten und degradierten Flächen mit ihren Wechselbeziehungen erfasst werden. Bis heute hatten in den Tropen nur wenige Studien die Artenvielfalt degradierter und genutzter Flächen im Vergleich zu den angrenzenden, natürlichen Arealen zum Gegenstand. Die vorliegende Studie wurde in einer Hochlandregion der Philippinen durchgeführt und konzentrierte sich auf ausgewählte Insekten und deren Wanderungsverhalten zwischen natürlichen (Regenwald) und landwirtschaftlich genutzten Flächen. Zwei Fragen standen hierbei im Vordergrund: (1) welche Strukturen und Komponenten der Kulturlandschaft sind für die Erhaltung der Arthropodendiversität von Bedeutung, und (2) gibt es Arten, welche im natürlichen System, dem Regenwald, beheimatet sind und sich in der neu entstandenen Kulturlandschaft ansiedeln können? Um diese Fragen zu beantworten, wurden Bestandsaufnahmen zum Vorkommen von Insekten- und Pflanzenarten entlang des Habitatgradienten Wald ? Feld durchgeführt, sowie die Abundanzmuster ausgewählter Insektenarten erfasst. Die Insekten wurden mit Hilfe modifizierter Malaise-Fallen in den vier Habitaten Wald, Waldrand, annuelle Gemüsekulturen, - und perennierende Chayote ((Sechium edule (Jacq.) Sw. (Cucurbitaceae), erfasst. Diese Malaise-Fallen erlauben den Rückschluss auf die Anflugrichtung der gefangenen Individuen, wobei zwischen ?vom Feld in Richtung Wald? und ?vom Wald in Richtung Feld? unterschieden wurde. Die Arthropodenfänge aus jedem Habitat, differenziert nach Anflugrichtung, wurden unter Berücksichtigung der jeweiligen Vegetation verglichen. Des weiteren wurden für jedes Habitat und jede Anflugrichtung die Diversität (nach Shannon) und Zusammensetzung der Arthropodenfänge, sowie die Verteilung der trophischen Ebenen bestimmt. Die Ergebnisse wurden bezüglich des Einflusses der Vegetation auf Diversität und Zusammensetzung der Arthropodenfänge in den untersuchten Habitaten; der Abundanzmuster ausgewählter Arten zwischen Regenwald und Agrarökosystem, sowie der Abundanzmuster ausgewählter Arten innerhalb der landwirtschaftlichen Fläche dargestellt und diskutiert. Als ursächlich für die Unterschiede in der Diversität und Zusammensetzung der Arthropodenfänge entlang des Habitatgradienten wurden der Artenreichtum, die Struktur und die taxonomische Zusammensetzung der Vegetation, aber auch Unterschiede im Wiederaufwuchs (Produktivität der Vegetation) in den Habitaten identifiziert. Die Auswirkungen dieser Faktoren auf die Abundanz der einzelnen Arthropodengruppen und Arten waren unterschiedlich und ließen sich nicht vereinheitlichen. Des weiteren wurden die Abundanzmuster ausgewählter Insekten zwischen den drei Habitaten Wald, Waldrand und annuelle Gemüsekulturen berücksichtigt. Um Arten bestimmen zu können, welche in allen drei Habitaten vorkommen, wurden zunächst Fänge aus allen Habitaten verglichen und dann die Abundanzen der ausgewählten Arten getrennt nach Habitat und Anflugrichtung aufgezeichnet. Hierbei wurden neben den ausgewählten Nicht-Schädlingsarten (Indifferente; Bestäuber; Prädatoren) zusätzlich die wichtigsten Schadinsekten der Feldfrüchte berücksichtigt, um herauszufinden, ob diese eine Affinität zum natürlichen Ökosystem, dem Wald, zeigen. Zur Ergänzung der quantitativen Daten wurden regelmäßige Feldbeobachtungen der ausgewählten Arten durchgeführt. Die ausgewählten Schädlingsarten konzentrierten sich überwiegend auf die landwirtschaftliche Fläche. Einige der ausgewählten Nicht-Schädlingsarten besuchten die landwirtschaftlichen Flächen regelmäßig, kehrten aber auch wieder in den Wald zurück. Die übrigen Nicht-Schädlingsarten konzentrierten sich auf den Wald und wurden nur sehr vereinzelt in den landwirtschaftlichen Habitaten erfasst. In Verbindung mit den Beobachtungen und der Auswertung existierender Literatur zeigten die Ergebnisse, dass keine der ausgewählten Nicht-Schädlingsarten allein in der Kulturlandschaft überleben kann. Alle benötigen zumindest zeitweise das Habitat Wald zur adäquaten Nahrungs- und Schutzsuche sowie Reproduktion. Fast alle der Schädlings- und Nicht-Schädlingsarten wurden regelmäßig am Waldrand erfasst. Diese Schnittstelle zwischen natürlichen und veränderten Habitaten fungiert als Grenze oder Transitzone für Insekten der angrenzenden Habitate oder beheimatet Arten, welche sich inzwischen auf diese Zone spezialisiert haben. Schließlich wurden auch Abundanzmuster ausgewählter Insektenarten innerhalb der landwirtschaftlichen Flächen berücksichtigt. Unterschieden wurden die beiden Habitate Chayote, perennierend, selten durch menschliche Bearbeitung gestört, mit komplexer Struktur von Blättern und Stängeln, und regelmäßig wechselnde Gemüsekulturen, häufig bearbeitet, mit einfacher Wuchsstruktur. Um den Einfluss der wechselnden Zusammensetzung von Kulturpflanzen und Unkräutern sowie der unterschiedlichen landwirtschaftlichen Eingriffe (Bodenbearbeitung, Pflanzen, Jäten, Ernte) auf die ausgewählten Insektenarten untersuchen zu können, wurden die Populationsentwicklungen dieser Arten ebenfalls erfasst. Auch der Frage, ob Chayote - Pflanzungen als Rückzugsgebiet für Insekten dienen, solange deren eigentliches Habitat, die annuellen Gemüsekulturen, durch Bearbeitungsmaßnahmen gestört sind, wurde nachgegangen. Die ausgewählten Arten umfassten sowohl phytophage Spezialisten und Generalisten als auch Nützlinge (Prädatoren und Bestäuber). Die Ergebnisse zeigten, dass Abundanzmuster lediglich in Bezug auf signifikante Unterschiede der Abundanzen in den Habitaten und der beiden Einflugseiten der Fallen in den Habitaten Gemeinsamkeiten aufwiesen. Der Vergleich der Populationsentwicklung der ausgewählten Arten unter Einfluss der unterschiedlichen Kulturen und der landwirtschaftlichen Bearbeitung zeigte keinerlei Ähnlichkeiten. Die vorliegenden Ergebnisse stellen einen Beitrag zur methodischen Erfassung der Auswirkung von anthropogen bedingten Habitatveränderungen auf die Arthropodenfauna in tropischen Landschaften dar. Die Identifikation und Klassifizierung von Habitaten mit der Beschreibung der zugehörigen Zusammenhänge sind die Grundlage für ein besseres Verständnis der Ökosysteme. Dies soll ein bewusstes Management von Kulturflächen fördern und letztendlich zur Erhaltung und Wiederherstellung der natürlichen Biodiversität beitragen.