Distribuce střevlíkovitých brouků (Coleoptera, Carabidae) v zemědělské krajině

Ing. Miroslav Seidl

Doctoral thesis

Distribution of carabid beetles (Coleoptera, Carabidae) in agricultural landscapes

Abstract:

Střevlíkovití brouci (Coleoptera: Carabidae) obývající zemědělskou krajinu jsou značně početnou skupinou bezobratlých. Díky predaci škůdců a semen plevelů jsou považováni za velmi prospěšné organismy schopné poskytovat ekosystémové služby. Jejich distribuce a disperze napříč různými typy biotopů v zemědělské krajině není náhodná, ale je ovlivněna celou řadou faktorů, jakými jsou například preference stanoviště, roční doba, vegetační pokryv či mikroklimatické podmínky. Bylo zjištěno, že druhy střevlíků preferující otevřenou krajinu se na zimu stahují na ekoton mezi obdělávaná pole a mimoprodukční biotopy. Na jaře opětovně osidlují pole a uvolňují tak prostor na okrajích mimoprodukčních biotopů pro lesní druhy, které mohou být vlivem přezimování druhů otevřené krajiny na ekotonu zatlačeny hlouběji do interiéru mimoprodukčních biotopů. Další studie zabývající se vlivem porostu invazního trnovníku akátu (Robinia pseudoacacia L.) na společenstva bezobratlých odhalila, že množství jedinců střevlíků v mimoprodukčních biotopech porostlých akátem je mnohem nižší ve srovnání s porosty domácích druhů dřevin. Rozvolněný charakter akátin vyhovuje převáženě jen druhům otevřené krajiny, nikoliv lesním druhům vyskytujícím se v porostech s domácími druhy dřevin. Studie zabývající se přezimováním bezobratlých potvrzuje význam neobdělávaných mimoprodukčních biotopů v zemědělské krajině. Bylo zjištěno, že v mimoprodukčních biotopech zimovalo prokazatelně vyšší množství druhů i jedinců všech studovaných taxonů. V zalesněných mimoprodukčních biotopech bylo pozorováno neprůkazně vyšší množství druhů a jedinců všech zájmových skupin, než v těch zatravněných. Pavouci a stonožkovci přezimovali jak na okrajích, tak uvnitř mimoprodukčních biotopů, zatímco drabčíci a střevlíci využívali především okraje/ekotony. Inovativní výzkum polních kazů – dočasných mimoprodukčních biotopů – v rámci řepkových polí přinesl zjištění, že tyto dočasné biotopy hostí překvapivě nižší počty druhů i jedinců střevlíků, než hranice obou biotopů a obdělávaná pole, jež je obklopují. Avšak v případě, že polní kazy dosahovaly 80% a vyšší pokryvnosti plochy plevelnou vegetací, byl zjištěn počet druhů rovný společenstvům na poli, což ukazuje na důležitost mikroklimatických podmínek pro distribuci střevlíků. Dále bylo prokázáno, že míra predace bezobratlých i semen plevelů střevlíky úzce souvisí s množstvím jedinců z různých společenstev na daném stanovišti. Míra predace vzrostla v létě, ale nebyl pozorován rozdíl mezi jednotlivými biotopy. Také bylo potvrzeno, že míra predace bezobratlých narůstá společně s počtem jedinců středně velkých a velkých druhů karnivorních střevlíků, kdežto míra predace semen se zvyšuje spolu s počtem přítomných jedinců středně velkých herbivorních druhů. Výzkum nově zavedeného opatření podporujícího biodiverzitu v agroekosystémech, nazvaného „umělé polní kazy“, prokázal rozdíly v preferenci biotopů jednotlivých skupin studovaných bezobratlých mezi uměle vytvořenými polními kazy a kontrolními plochami v přilehlém řepkovém poli. Nejvyšší abundance i druhová bohatost motýlů, včel, vos a ploštic byla zaznamenána v polních kazech, zatímco u střevlíků, drabčíků a stonožkovců byla nejvyšší abundance i druhová bohatost prokázána v řepce. Všechny výše zmíněné skupiny bezobratlých byly, co do počtu druhů i jedinců hojnější v létě oproti jaru.

Abstract:

Ground beetles (Coleoptera: Carabidae) inhabiting agricultural landscapes represent a widely spread, diverse and abundant group of invertebrates. They are considered beneficial organisms capable of providing ecosystem services such as pest and weed seed predation. The distribution and dispersion of ground beetles across different types of biotopes in agroecosystems is not random, but influenced by different factors such as habitat preferences, seasonality, vegetation cover or microclimatic conditions. In the first study of this thesis, open-habitat carabid species were found to migrate to the ecotone between cultivated fields and non-crop habitats in the winter. During spring, they recolonised the fields and made edges available for forest species that overwintered deeper into the non-crop habitats. In next study, we focused on the effect of the invasive tree black locust (Robinia pseudoacacia L.) on the invertebrate assemblages. We found that the abundance of ground beetles in R. pseudoacacia woodlots was much lower compared to native woodlots of deciduous tree species. Certain characteristics of the R. pseudoacacia woodlots, such as a less developed canopy, were suitable mainly to open-habitat species but not to forest species that inhabited the native deciduous tree woodlots instead. A third study focused on the overwintering of invertebrates and revealed the importance of non-crop habitats in the agriculture landscape. Significantly higher numbers of species and individuals of several ground-dwelling taxa overwintered in non-crop habitats. Spiders and myriapods used both non-crop boundaries and interiors, whereas carabid and rove beetles overwintered more on non-crop boundaries/ecotones than interiors. Innovative research of field defects – temporary non-crop habitats within oilseed rape fields – has brought the finding that temporary non-crop habitats host a surprisingly lower species richness and activity-density of carabid beetles than field defect boundaries and field interiors. However, when field defects reached 80% or higher vegetation coverage, the species richness was comparable to the field interiors, which supports the importance of microclimatic conditions for the distribution of carabid beetles. Ecosystem services were also investigated in field defects and fifth study showed that predation rate of artificial caterpillars and weed seeds by ground beetles is closely related to the activity-density from different assemblages within a habitat. The rate of predation increased in summer, but did not differ among field defects, field interiors or their boundaries. Pest predation rate increased with the activity-density of medium-sized and large-sized carnivorous carabids, whereas the rate of weed seed predation increased with activity-density of medium-sized herbivorous species. The research of a novel low-cost conservation measure supporting biodiversity in agroecosystems, called “artificial field defects,” was the main goal of the last study of the thesis. The experiment showed differences in habitat preferences of various arthropod taxa between artificially created field defects and control plots within oilseed rape fields. The highest abundance and species richness of butterflies, bees, wasps and true bugs were recorded in the field defects but for carabid beetles, rove beetles and myriapods, the highest abundance and species richness were observed in control plots. All arthropod taxa were more abundant during summer compared to spring, in terms of number of species and individuals.

Keywords

agroekosystémy, biodiverzita, biotopová preference, Carabidae, ekosystémové služby, mimoprodukční biotopy, polní kazy, predace, přezimování, zemědělství

Keywords

Agriculture, agroecosystems, biodiversity, Carabidae, ecosystem services, field defects, habitat preference, non-crop habitats, overwintering, predation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 2. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Michal Knapp, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Doctoral programme / field:
Ecology / Ecology