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Title
Plant-frugivore interactions in a heterogeneous forest landscape of South Africa |
Full text
http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2012/0630 |
Date
2012 |
Author(s)
Chama, Lackson |
Abstract
Seed dispersal by animals is a very important ecological process, especially in tropical and sub-tropical forest landscapes where up to 90% of fleshy fruiting plant species depend on this process for the transportation of their propagules to suitable habitats. Frugivorous birds are among the most important vertebrates consuming fruits, thereby contributing to natural forest regeneration. However, changes in quality of forest habitats and structure of the surrounding matrix have been shown to disrupt the structure of single-pair seed dispersal interactions. Changes in forest habitats can also alter the functional diversity of dispersers within these seed dispersal communities and can have far reaching implications for natural regeneration processes of plants. To assess the overall effects of forest patch quality and matrix habitat on ecological processes and functioning, I compared (i) the structure of plant-frugivore interaction networks and (ii) functional diversity of frugivore communities within the studied networks among forest patches surrounded by dissimilar matrix habitats in and around Vernon Crookes Nature Reserve in South Africa. In addition, I experimentally tested the impact of seed ingestion and treatment in the digestive tracts of avian frugivores on germination to assess their legitimacy as seed dispersers. During the plant-frugivore networks study, I compared the network structure in a large scarp forest surrounded by a natural forest matrix with those of two small natural forest types, one surrounded by natural grassland and the other by sugarcane agriculture in relation to both forest patch quality and matrix habitat. Overall, I recorded a total of 54 avian frugivorous species involved in fruit removal activities on 31 fleshy fruiting plant species. Network structures across forest patches did not vary with matrix habitat. Instead, they were similarly robust and strongly influenced by forest patch quality. These findings suggest that the structure and stability of plant-frugivore interaction networks is rather determined by local forest patch quality than by surrounding matrix habitat. During the functional diversity study, I compiled data on three functional traits related to seed dispersal, namely body mass, gape width and degree of frugivory for the frugivore species observed in the seed dispersal networks. I then tested the effect of forest patch quality and matrix habitat on three measures of functional diversity as well as on species richness of frugivore communities. Results suggest that all forest types sustained a comparably high functional diversity among the seed disperser communities. Overall, functional diversity and shifts in functional composition were rather determined by forest patch quality than by matrix habitat. During the seed ingestion experiment, I collected fruits from sixteen woody plant species and I fed them to four avian frugivore species. Defecated seeds were planted and their seedling emergence and germination probabilities were compared with those of ripe manually depulped seeds and whole fruits. Results show no difference in seedling emergence and germination probability among the birds and remained similar across all treatments. The results suggest that the effect of frugivorous birds on natural forest regeneration is more on seed transportation, than enhancing germination of dispersed seeds per se. Overall, findings from the first two studies suggests that forest patch quality is an important driver of both network stability and functional diversity among frugivore communities. Therefore, given high habitat quality, forest patches surrounded by variable matrices can be of conservation importance in highly heterogeneous forest landscapes. Thus, as the seed ingestion experiment has shown that frugivorous birds are legitimate dispersers, the sustenance of seed dispersal processes will largely depend on maintenance of forest patches of high quality and with less restrictive matrix habitats. - Die Samenausbreitung durch Tiere ist ein bedeutsamer ökologischer Prozess. Dies ist besonders in den Tropen und Subtropen der Fall, wo bis zu 90 % der Pflanzenarten fleischige Früchte haben und auf den Transport ihrer Samen in geeignete Habitate angewiesen sind. Frugivore Vögel gehören zu den wichtigsten samenausbreitenden Vertebraten und tragen damit entscheidend zur natürlichen Waldregeneration bei. Veränderungen in der Habitatqualität von Waldfragmenten sowie der Struktur der sie umgebenden Matrix haben Konsequenzen für Samenausbreitungsinteraktionen. Des Weiteren können Veränderungen in Waldhabitaten die funktionelle Diversität von Samenausbreitergemeinschaften beeinflussen und somit weit reichende Konsequenzen für die natürlichen Regenerationsprozesse vieler Pflanzenarten nach sich ziehen. Um die Effekte von Habitatqualität und umgebender Matrix von Waldfragmenten auf den Prozess und die Funktion von Samenausbreitung zu untersuchen, habe ich (i) die Struktur von Pflanze-Frugivoren-Netzwerken und (ii) die funktionelle Diversität der Frugivorengemeinschaften innerhalb dieser Netzwerke zwischen Waldfragmenten verglichen, die von unterschiedlichen Matrixhabitaten umgeben waren. Die Studien fanden in der Umgebung und innerhalb des Vernon Crookes Nature Reserves in Südafrika statt. Zusätzlich prüfte ich in einem experimentellen Ansatz die Legitimität frugivorer Vögel als Samenausbreiter, indem ich den Einfluss der Aufnahme und Verdauung von Samen durch frugivore Vögel auf die Keimung verschiedener Pflanzenarten untersuchte. In der Pflanze-Frugivoren Netzwerkstudie verglich ich die Netzwerkstruktur in einem großen, von Waldmatrix umgebenen Schluchtwaldgebiet mit der von zwei kleinen natürlichen Waldtypen, der eine umgeben von natürlichem Grasland, der andere umgeben von Zuckerrohrfeldern. Dabei setzte ich die Netzwerkstruktur in Beziehung zur Habitatqualität der Waldfragmente sowie zum umgebenden Matrixhabitat. Insgesamt beobachtete ich 54 fruchtfressende Vogelarten an 31 Pflanzenarten mit fleischigen Früchten. Die Netzwerkstruktur unterschied sich nicht zwischen den Waldtypen mit unterschiedlichen Matrixhabitaten. Die Netzwerke waren in ihrer Robustheit vergleichbar und stark durch die Habitatqualität der Waldfragmente beeinflusst. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass die Struktur und Stabilität von Pflanze-Frugivoren Interaktionsnetzwerken stärker durch die lokale Habitatqualität beeinflusst wurde als durch die umgebende Matrix der Waldfragmente. In der Studie zur funktionellen Diversität der Frugivorengemeinschaften innerhalb der Netzwerke stellte ich Daten zu drei funktionellen Eigenschaften der Vögel zusammen, die in Zusammenhang mit Samenausbreitung stehen, und zwar zur Körpergröße, Schnabelbreite und dem Grad der Abhängigkeit von Früchten als Nahrungsquelle. Daraufhin testete ich den Effekt der Habitatqualität der Waldfragmente und des umgebenden Matrixhabitats auf drei verschiedene Maße funktioneller Diversität sowie auf den Artenreichtum der Frugivorengemeinschaften. Die Ergebnisse ließen darauf schließen, dass alle Waldtypen eine vergleichbar hohe funktionelle Diversität der Samenausbreitergemeinschaften aufwiesen. Insgesamt waren die funktionelle Zusammensetzung und die funktionelle Diversität stärker durch die Habitatqualität der Waldfragmente beeinflusst als durch die umgebende Matrix. Zur Durchführung des Keimungsexperiments sammelte ich Früchte von sechszehn Pflanzenarten und verfütterte sie an vier frugivore Vogelarten. Ausgeschiedene Samen wurden eingepflanzt und der Zeitpunkt ihrer Keimung sowie ihre Keimungswahrscheinlichkeit zum Einen mit der Keimung ganzer Früchte und zum Anderen mit Samen verglichen, die manuell von Fruchtfleisch befreit worden waren. Die Ergebnisse zeigten weder Unterschiede im Zeitpunkt der Keimung sowie in der Keimungswahrscheinlichkeit zwischen den Vogelarten noch zwischen den unterschiedlichen Behandlungsmethoden. Diese Resultate ließen darauf schließen, dass ein positiver Effekt der Frugivoren auf die natürliche Waldregeneration eher in Bezug auf die Ausbreitung der Samen als in Bezug auf die Verbesserung der Keimung gegeben schien. Insgesamt zeigten die Ergebnisse der ersten beiden Studien, dass die Habitatqualität von Waldfragmenten ein wichtiger Treiber für die Stabilität von Pflanze-Frugivoren Netzwerken und die funktionelle Diversität von Frugivorengemeinschaften zu sein scheint. Bei gegebener hoher Habitatqualität können demnach Waldfragmente, die von unterschiedlichen Matrices umgeben sind, einen hohen Wert für den Naturschutz in heterogenen Waldlandschaften haben. Der Erhalt der im Experiment als legitime Samenausbreiter identifizierten Vogelarten hängt dabei vom Fortbestehen von Waldfragmenten ab, die durch eine hohe Habitatqualität und eine wenig einschränkende Matrix gekennzeichnet sind. |
Subject(s)
Biowissenschaften, Biologie; Life sciences; DDC:570; Samenverbreitung, Samenkeimung, Vögel, Pflanzen; Interaktionsnetzwerke, Funktionelle Diversität; Seed dispersal, Germination, Interaction networks, Functional diversity |
Language
eng |
Publisher
Philipps-Universität Marburg |
Type of publication
Thesis.Doctoral |
Format
application/pdf |
Rights
http://archiv.ub.uni-marburg.de/adm/urheberrecht.html |
Identifier
urn:nbn:de:hebis:04-z2012-06301 |
Repository
Marburg - Universitätsbibliothek Marburg
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Added to C-A: 2012-07-24;13:46:37 |
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