Community structure and interaction webs of flower-visiting and cavity-nesting insects along an experimental plant diversity gradient | Diversität und Struktur von Bestäuber- und Nisthilfenlebensgemeinschaften entlang eines Pflanzendiversitätsgradienten

Der zunehmende Schwund an Biodiversität während der letzten Jahrzehnte führte zu einer verstärkten Erforschung der Einflüsse von Diversität auf assoziierte Ökosystemfunktionen (Primärproduktion, Bestäubung, Schädlingsbekämpfung). Das Jena-Experiment mit seiner experimentellen Manipulation von Pflanzendiversität bietet eine gute Möglichkeit den Einfluss von Pflanzenartenzahl per se zu untersuchen, da Störvariablen wie Unterschiede in Bewirtschaftung und Landnutzungsintensität ausgeschlossen werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Pflanzendiversität auf Invasionserfolg und Fitness von Centaurea jacea untersucht, weiterhin der Effekt der Pflanzenartenzahl auf Diversität und Häufigkeit von bestäubenden und nisthilfenbewohnenden Insekten.Der erste Teil der Arbeit untersucht den Einfluss von Pflanzendiversität auf Überleben und Fitness der eingeführten Pflanzenart Centaurea jacea. Die Überlebensrate von Centaurea jacea sank mit zunehmender Artenzahl und funktioneller Diversität der umgebenden Pflanzengesellschaft und bei Anwesenheit von Leguminosen. Trockenbiomasse, Pflanzenhöhe und die Anzahl der Blütenköpfe nahm mit zunehmender Anzahl der umgebenden Pflanzen ab.Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Abhängigkeit von Bestäuberdiversität und- häufigkeit von der Pflanzendiversität untersucht und die zeitliche Stabilität im Blütenbesuch mit sich ändernder Pflanzendiversität analysiert. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass eine Zunahme der Anzahl der blühenden Arten und der Blütendeckung zu erhöhter Bestäuberdiversität und -häufigkeit führte. Weiterhin konnte eine Abnahme in der zeitlichen Variabilität im Blütenbesuch mit zunehmender Anzahl an blühenden Arten festgestellt werden. Im Detail wurde weiterhin untersucht wie sich die Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern verändern, wobei Interaktionsdichte und Nahrungsspezialisierung solitärer Bienen mit Zunahme der Anzahl blühender Arten anstieg. Diese Ergebnisse sind Zeichen für eine höhere Stabilität diverser Ökosysteme Störungen gegenüber (Verlust an Arten) und für erhöhten Bestäubungserfolg von solitären Bienen mit zunehmender Anzahl blühender Arten.Im letzten Teil der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Pflanzendiversität auf die Diversität und Abundanz nisthilfenbewohnender Bienen, Wespen und ihrer natürlichen Gegenspieler untersucht. Die Abundanz von Bienen und Wespen zeigte eine Zunahme mit zunehmender Anzahl der blühenden Arten, wobei die Diversität der Nisthilfenbewohner (Bienen und Wespen) mit steigender Abundanz zunahm. Eine Zunahme der Wirtsdiversität führte weiterhin zu einer Zunahme der Parasitoidenarten. Ein Anstieg der Parasitoidenarten führte wiederum zu einer höheren Effektivität, wobei die Diversität der Wespenarten zu einer Abnahme der Parasitierung führte, was eine höhere Resistenz diverser Systeme gegenüber Parasitismus kennzeichnet.Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Diversität, Häufigkeit und Stabilität, sowie die Struktur von Blütenbesuchern und nisthilfenbewohnenden Bienen und Wespen stark von der Pflanzendiversität beeinflusst werden. Die gefundenen Muster unterstreichen die Notwendigkeit pflanzenartenreiche Gesellschaften zu schützen, um Insektendiversität und ihre gelieferten Ökosystemfunktionen, wie Bestäubung zu erhalten.

During the past decades a worldwide loss of biodiversity has been identified, and understanding the consequences for biotic interactions and associated ecosystem services has become a major focus. Ecosystem services of substantial importance are for example crop pollination, pest predation or parasitism. The Jena-Experiment, which is based on an experimental manipulation of plant species richness, offers a great opportunity to study the effects of plant diversity per se, because many confounding factors such as management or land-use intensity of descriptive field studies are excluded. We studied invasion success and performance of Centaurea jacea at different plant diversity levels. Further we focused on the effects of plant species richness, on flower visitors, trap-nesting Hymenoptera and plant-pollinator networks.The first part of the thesis describes the impact of plant species richness and plant functional group richness on the survival and performance on the transplanted phytometer species Centaurea jacea in two consecutive years. The survival of transplanted Centaurea jacea into an established plant community decreased with increasing richness of plant species and plant functional groups and in plots, where legume species were present. Dry weight, height and the number of flower heads of the survived plants decreased with increasing plant species richness. Neither plant species richness nor plant functional group richness affected the leaf area eaten by herbivores. In conclusion, the establishment of Centaurea jacea was negatively influenced by increasing plant species richness and legume presence, but after successful establishment plants even profited from the presence of legumes.The second part of the thesis describes the response of species richness and frequency of pollinators to floral diversity and analyses the temporal stability of pollinator visits with changing number of flowering plant species. In more detail we investigated how floral diversity structures the interactions between plants and their pollinators, holding important information about specialization and effectiveness of pollinator s resource use and sensitivity of mutualistic networks to extinction processes. The results showed that higher floral diversity led to a strong increase of the dynamic stability (lower temporal variability) in the frequency of pollinator visits. Pollinator species richness and the frequency of pollinator visits increased with increasing floral diversity and floral abundance (percent blossom cover). This effect was strong for the frequency of social pollinator visits (honey bees and bumble bees) but differed for solitary bees and species richness of bumble bees. Pollinator richness increased up to a blossom cover of only 15%, whereas the frequency of pollinator visits was linearly related to blossom cover up to 30%. These results may indicate that the grasslands were not saturated in pollinator richness. Furthermore, linkage density increased with higher floral resource diversity, suggesting higher ecosystem stability (lower sensitivity) of mutualistic networks against disturbances such as plant diversity loss, and a reduced species extinction probability with higher floral resource diversity. Floral resource specialization of solitary bees increased with increasing floral resource diversity, and honeybees, but not bumblebees, showed the same pattern with marginal significance. Network connectance decreased with floral diversity, possibly indicating an increase in pollinator specialization. In conclusion, grasslands with high numbers of plant species enhance and stabilize flower visitation and increases pollinator s resource specialization. That underlines the need to conserve diverse grasslands for maintenance of pollinator diversity and associated pollination services.In the last part of the thesis, the impact of plot specific plant species richness on the diversity and density of cavity-nesting bees, wasps, and their natural enemies were investigated. Density of bees and wasps increased with increasing number of flowering plant species. Species richness of bees and wasps and their natural enemies was not directly affected by plant species richness or floral diversity, but brood cell abundance was. With increasing number of brood cells (bees and wasps) we also found higher numbers of species (bees, wasps, and natural enemies). Species richness of natural enemies attacking bees or wasps was positively related to parasitism rate, but species richness of their hosts decreased parasitism rate. In conclusion vegetation diversity changes can derive great effects on mobile insects like cavity-nesting bees and wasps that are strongly flier to collect food for their brood. These impacts in the changes of vegetation diversity to diversity and abundance of cavity nesters can be reflected in further effects of the interactions in the next higher tropic level, the brood parasitism of the flying insects.The main results of this thesis provide evidence that the diversity of pollinators and trap-nesting Hymenoptera as well as the interaction patterns between plants and their pollinators were strongly influenced by plant species. Thanks to the experimental design of this study, the pure effect of plant diversity ( diversity per se ) could be analyzed avoiding confounding factors in real world ecosystems. The patterns and processes found enforce previous findings and underline the need to conserve plant-rich ecosystems to encourage insect species diversity, and biotic interactions providing key ecosystem services such as pollination, predation, and parasitism.