Würzburg, Germany
March 2, 2021
In an exceptionally broad and elaborate study, biologists from the University of Würzburg investigated the biodiversity of flowering fields planted as part of agri-environmental schemes.
To determine the species on the flowering fields, apart from other traps types, these tent traps were used to catch flying insects. (Image: Fabian Bötzl / Universität Würzburg)
Due to modern agriculture, biodiversity across many species groups is in decline. Over the last three decades, attempts have been made to counteract this with agri-environmental schemes at various levels – from the national federal state to EU-wide programmes. Not only out of appreciation of nature, but also because many species fulfil important functions for agriculture itself: some pollinate crops, others regulate pest populations.
Publication in PNAS
One of the measures promoted in the schemes is the creation of flowering fields. "However, it is currently not conclusively known whether and to what extent these habitats achieve the desired effect on biodiversity," says Professor Ingolf Steffan-Dewenter. In order to provide more clarity, the head of the Chair for Animal Ecology and Tropical Biology at Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in Bavaria, Germany, launched a large-scale field study in 2016. The results have now been published in the scientific journal "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America" (PNAS).
The biologists investigated the species composition of different types of flowering fields in agricultural landscapes in northern Lower Franconia. As a benchmark, they used the semi-natural calcareous grasslands that can be found in this region. These usually protected flowering habitats are known for their high species diversity.
Almost 55,000 specimens identified
"Our approach differs from previous scientific studies in this field in some essential respects," explains Fabian Bötzl, the lead author of the Würzburg study. First, there is the extent of the species groups considered: A total of twelve taxonomic groups were studied – from vascular plants to cicadas, bees, flies, butterflies and beetles to birds. In three years of data collection in the field and about another year of laboratory analyses, the researchers identified almost 55,000 specimens that could be assigned to 3187 taxa.
Temporal continuity as an important factor
Secondly, they included the temporal continuity of the diverse flowering fields. "This means that we – unlike many previous studies – took into account the respective age of the flowering fields and their history of use," explains JMU professor Jochen Krauss, co-author of the study.
The results underpin that diversity increases in most taxonomic groups with the temporal continuity of the habitats. For example, there are only five to six species of grasshoppers on newly established flowering fields in the first year, which then increase over time to the approximately 15 species of the calcareous grasslands used as a reference.
Young areas also have their advantages
As a consequence, should - in terms of species conservation – the rule be ‘the older the better’? "It is not that simple, as with flowering fields getting older, the composition and the respective number of species also change," Bötzl explains. "For some species, such as ground beetles, which play an important role in pest control in adjacent agricultural areas, young habitats are more advantageous. Their species number decreases over time."
Another result of the study: the size of the flowering fields and their surrounding landscape - whether rather monotonous or diverse - have only minor effects on the development of species diversity.
It is the mix that counts
In addition to the scientific community, the planning authorities responsible for agri-environmental programmes can also be potential addressees of the Würzburg research results. The following messages can be derived for them: There is no ideal type of flowering field that supports all species equally well. For the aim of protecting as many animal and plant species as possible, well-distributed flowering fields of different ages are recommended in the agricultural landscape.
Publication
Boetzl FA, Krauss J, Heinze J, Hoffmann H, Juffa J, König S, Krimmer E, Prante M, Martin EA, Holzschuh A, Steffan-Dewenter I (2021) A multi-taxa assessment of the effectiveness of agri-environmental schemes for biodiversity management. PNAS, DOI 10.1073/pnas.2016038118
Biodiversität in Agrarlandschaften bestmöglich fördern
Forschende aus der Würzburger Biologie untersuchten in einer ungewöhnlich breiten und aufwändigen Studie die Artenvielfalt von Blühflächen, die im Rahmen von Agrarumweltprogrammen angelegt werden.
Bei der Artenvielfalt spielt das Alter der Blühfläche eine wichtige Rolle. Hier ein junges Habitat. (Bild: Fabian Bötzl / Universität Würzburg)
Durch die moderne Landwirtschaft geht die biologische Vielfalt bei vielen Artengruppen stark zurück. Seit rund drei Jahrzehnten versucht man, auf verschiedenen Ebenen – vom Bundesland bis EU-weit – mit Agrarumweltprogrammen gegenzusteuern. Nicht nur aus Liebe zur Natur, sondern auch, weil viele Arten für die Landwirtschaft selbst wichtige Funktionen erfüllen: manche bestäuben die Nutzpflanzen, andere regulieren die Schädlingspopulationen.
Veröffentlichung in PNAS
Zu den in den Programmen geförderten Maßnahmen zählt die Anlage von Blühflächen. „Allerdings weiß man bislang nicht genau, ob und in welchem Maß diese Habitate den gewünschten Effekt auf die Biodiversität haben“, sagt Professor Ingolf Steffan-Dewenter. Um hier mehr Klarheit zu schaffen, startete der Leiter des Lehrstuhls für Tierökologie und Tropenbiologie der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) im Jahr 2016 eine großangelegte Feldstudie. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ (PNAS) veröffentlicht.
Die Biologinnen und Biologen untersuchten dazu die Artenzusammensetzung unterschiedlicher Blühflächentypen in landwirtschaftlich geprägten Räumen im nördlichen Unterfranken. Als Vergleichsmaßstab zogen sie die in dieser Region vorkommenden, naturnahen Kalkmagerrasen heran. Diese in aller Regel unter Naturschutz stehenden Blühhabitate sind bekannt für ihre hohe Artenvielfalt.
Fast 55.000 Exemplare identifiziert
„Unser Vorgehen unterscheidet sich in einigen wesentlichen Punkten von bisherigen wissenschaftlichen Arbeiten in diesem Themenfeld“, erläutert Fabian Bötzl, der Erstautor der Würzburger Studie. Da ist zum einen die Breite der betrachteten Arten: Insgesamt zwölf taxonomische Gruppen wurden untersucht – von Gefäßpflanzen über Zikaden, Bienen, Fliegen, Schmetterlingen und Käfern bis hin zu Vögeln. In einer dreijährigen Datenerfassung im Feld und rund einem weiteren Jahr mit Laborauswertungen identifizierten die Forscherinnen und Forscher knapp 55.000 Exemplare, die 3187 Taxa zugeordnet werden konnten.
Zeitliche Kontinuität als wichtiger Faktor
Zum anderen bezogen sie die zeitliche Kontinuität der diversen Blühflächen mit ein. „Das bedeutet, dass wir – anders als viele bisherige Arbeiten – das jeweilige Alter der Blühflächen und ihre Nutzungsgeschichte als Faktoren berücksichtigt haben“, verdeutlicht JMU-Professor Jochen Krauss, Co-Autor der Studie.
Bei der Auswertung zeigte sich, dass mit der zeitlichen Kontinuität der Habitate in den meisten taxonomischen Gruppen die Diversität zunimmt. Beispielsweise gibt es auf neu angelegten Blühflächen im ersten Jahr nur fünf bis sechs Arten von Heuschrecken, was sich dann im Lauf der Zeit etwa 15 Arten der als Referenz herangezogenen Kalkmagerrasen annähert.
Auch junge Flächen haben ihre Vorteile
Gilt also im Sinne des Artenschutzes: Je älter, desto besser? „So einfach ist die Sache nicht, denn mit dem zunehmenden Alter der Blühflächen ändern sich auch die Zusammensetzung und der jeweilige Umfang der Arten“, schildert Bötzl. „Für manche Arten, wie zum Beispiel Laufkäfer, die für die Schädlingskontrolle in angrenzenden Agrarflächen eine wichtige Rolle spielen, sind junge Flächen vorteilhafter. Ihre Artenzahl nimmt im zeitlichen Verlauf ab.“
Ein weiteres Ergebnis der Studie: Die Größe der Blühflächen und auch ihre Landschaftsumgebung – ob nun eher monoton oder vielgestaltig – haben nur geringe Effekte auf die Entwicklung der Artenvielfalt.
Die Mischung macht‘s
Neben der wissenschaftlichen Fachwelt können auch die für die Agrarumweltprogramme zuständigen Planungsbehörden potenzielle Adressaten der Würzburger Forschungsergebnisse sein. Für diese lassen sich daraus folgende Botschaften ableiten: Es gibt keinen idealen Blühflächentyp, der alle Arten gleich gut unterstützt. Will man möglichst alle in Frage kommenden Tier- und Pflanzenarten schützen, empfehlen sich in der Agrarlandschaft gut verteilte Blühflächen mit unterschiedlichem Alter.
Publikation
Boetzl FA, Krauss J, Heinze J, Hoffmann H, Juffa J, König S, Krimmer E, Prante M, Martin EA, Holzschuh A, Steffan-Dewenter I (2021) A multi-taxa assessment of the effectiveness of agri-environmental schemes for biodiversity management. PNAS, DOI 10.1073/pnas.2016038118
Topics
Species
