Pollination in wild plant communities along altitudinal and land use gradients Mount Kilimanjaro, Tanzania
1. Pollination of sexually reproducing plants requires pollen transfer agents, which can be biotic, abiotic or a combination of biotic and abiotic agents. The dominance of one of pollination system in wild plant communities depends on climatic factors and/or degrees of anthropogenic influences, whic...
| Main Author: | |
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| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | English |
| Published: |
2014
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| Subjects: | |
| Online Access: | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/10013 http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-100136 https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-100136 https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/10013/Kindeketa_Final_PhD_Program_Thesis_in_Natural_Sciences.pdf |
| Summary: | 1. Pollination of sexually reproducing plants requires pollen transfer agents, which can be biotic, abiotic or a combination of biotic and abiotic agents. The dominance of one of pollination system in wild plant communities depends on climatic factors and/or degrees of anthropogenic influences, which have effects on pollinator diversity and pollination function. Anthropogenic activities and climate change are also considered as main causes of ongoing invasion of invasive species into wild and managed habitats which can bring up competition for pollinators with possible negative consequences for the reproduction of co-occurring native plant species.
2. The study aimed to determine pollination systems and pollination limitation of invasive and native plant communities in natural savannah between 870 – 1130 m and semi-natural (managed) grassland between 1300 – 1750 m above sea level; effects of flower density and pollinator abundance on seed production of cross-pollinated and self-pollinated plants; and relationships of bee abundance and the proportion of cross- pollinated plants at the southern slope of Mount Kilimanjaro, Tanzania.
3. Pollinator-exclusion, open pollination and supplemental hand-pollination treatments were applied to 27 plant species in savannah and grassland habitats. Flowers were counted in each clusters based upon their species. Pollinators were sampled by using pan traps. Information-theory-based multi-model averaging and generalized linear mixed effects models were used to identify and analyze the effects of flower density, pollinator abundance, pollination treatments and habitat types on seed production. Regression models were used to determine relationships of altitude with bee abundance, and with proportion of cross-pollinated plants.
4. My results show that mean seed numbers of native plants were significantly lower in pollinator-exclusion treatments than in open-pollination treatments, indicating their reliance on pollinators for reproductive success. In contrast, seed numbers of invasive plants were similar in pollinator-exclusion and open-pollination treatments, demonstrating an ability of reproduction without pollinators. Despite of higher levels of self-pollination in invasive plants, supplemental hand-pollination treatments revealed pollen limitation in grassland and marginally in savannah habitats. There were no significant difference in seed numbers between supplemental hand pollination and open pollination treatments of native plant communities in savannah and grassland, which indicates no pollination limitation in the studied ecological system for native communities. Besides, grassland plants produced comparatively more seeds than savannah plants, however seeds in grasslands were lighter than those of the savannah which may be due to nutrient limitation in grassland.
5. I found 12 cross-pollinated and 15 self-pollinated plants along altitudinal gradient after comparing seeds from pollinator-excluded and open-pollinated experiments. I also found that proportions of cross-pollinated plants and bee abundance simultaneously decreased with increasing altitude. All cross-pollinated plants were native and grew in savannah habitats, with an exception of one species.
6. Neither effects of focal flower density nor a significant interaction between focal flower densities and bee abundance for self-pollinated plants were observed. However, there were effects of focal flower densities and interactions of flower density with bee abundance for cross-pollinated plants. Non-focal flower density has no significant effects on seed production of cross-pollinated and self-pollinated plants.
7. The results show that native plants depend more on cross-pollination than invasive plants, despite of most native plants in managed habitat (grassland) rely on self-pollination for reproduction. The tendency of having more cross-pollinated plants in natural savannah which are in low altitude coincides with other finding that the cross-pollinated plants and bee abundance simultaneously decrease with increasing altitude. Therefore, our findings support the hypotheses that self-fertilization of flowering plants increases with increasing altitude, and pollinator limitation is most pronounced in managed or disturbed habitats. Despite of reduction of pollinators in grassland, only invasive plants experience pollen limitation, which may be due to poor integration with available pollinator networks.
8. I also found bee abundance and flower density are not the main pollination factors required by self-pollinated plants during reproduction. However, focal flower density, which influences pollinator diversity, is more applicable to cross-pollinated plants. Climate change and anthropogenic activities in natural habitats are factors that influence pollinator abundance and functioning, which lead to a shift of mating systems in plant communities so as to assure their reproduction. === 1. Für die erfolgreiche Bestäubung sich sexuell reproduzierender Pflanzen werden biotische und/oder abiotische Pollenvektoren benötigt. Ob fremd- oder selbstbestäubte Bestäubungssysteme in Pflanzengemeinschaften dominieren, kann vom Klima abhängen, aber auch von anthropogenen Aktivitäten, da diese sich negativ auf die Bestäuberdiversität und damit assozierte Bestäubungsfunktionen auswirken können. Klimaveränderungen und anthropogene Aktivitäten werden auch als die Hauptursache dafür gesehen, dass sich invasive Pflanzen in natürlichen und genutzten Habitaten ausbreiten und die Reproduktion nativer Pflanzen gefährden, da diese nun mit den invasiven Pflanzen um Bestäuber konkurrieren müssen.
2. In dieser Studie wurden die Bestäubungssysteme nativer und invasiver Pflanzenarten in Pflanzengemeinschaften natürlicher Savannen (870 – 1130m ü.d.M) und semi-natürlicher, bewirtschafteter Graslandflächen (1300 – 1750m ü.d.M) an den südlichen Hängen des Kilimandscharos (Tanzania) untersucht. Es wurde analysiert, in welchem Ausmaß die Pflanzen bestäubungslimitiert sind und welchen Effekt Blütendichten und Bestäuberabundanzen auf die Samenproduktion von fremd- und selbstbestäubten Pflanzen haben. Zudem wurde betrachtet, ob sich das Verhältnis von fremd- und selbstbestäubten Arten mit zunehmender Höhe und mit Bestäuberabundanzen verändert.
3. Um die Abhängigkeit von Pflanzen von Bestäubern und den Grad der Bestäubungslimitierung zu bestimmen, wurden an 27 Pflanzenarten aus Savannen und Grasländern Bestäubungsmanipulationsexperimente durchgeführt (d.h. Bestäuberausschlüsse vs. Handbestäubung vs. offene Bestäubung). Blütendichten wurden in Clustern um die entsprechende Pflanzenart aufgenommen. Bestäuberabundanzen wurden mit Farbschalen erfasst. Mit Hilfe von „multi-model averaging“ und „generalized linear mixed effects models“ wurden die Effekte der Bestäubungsmanipulationsexperimente, der Blütendichten, der Bestäuberabundanzen und der Habitate auf die Samenproduktion analysiert. Mit Hilfe von Regressionsmodellen wurde untersucht, ob sich das Verhältnis von fremd- und selbstbestäubten Arten mit der Höhe und mit Bienenabundanzen verändert.
4. An den Blüten nativer Pflanzen, an denen Bestäuber ausgeschlossen worden waren, war die mittlere Anzahl der Samen signifikant niedriger, als an den Blüten, die von Bestäubern besucht werden konnten. Dies zeigt, dass der Reproduktionserfolg dieser nativen Pflanzen von Bestäubern abhängt. Bei invasiven Pflanzen waren dagegen die Samenanzahlen unter Bestäuberausschlussnetzen und an offen bestäubten Pflanzen nicht unterscheidbar, was zeigt, dass ihre Reproduktionskapazität nicht von Bestäubern abhängt. Obwohl invasive Pflanzenarten zur Selbstbestäubung tendierten, waren sie pollenlimitiert: Handbestäubung konnte ihren Reproduktionserfolg in Grasländern und marginal auch in Savannen steigern. Native Pflanzen waren dagegen nicht pollenlimitiert. Insgesamt produzierten die Pflanzen der Grasländer mehr Samen als Savannenpflanzen. Auf Grasländern waren die Samen im Durchschnitt aber leichter als auf Savannen, was auf eine Nährstoffarmut in genutzten Grasländern hinweisen könnte.
5. Insgesamt konnte ich durch die Bestäuberausschlussexperimente 12 fremdbestäubte und 15 selbstbestäubte Pflanzenarten entlang der Höhengradienten identifizieren. Der Anteil von fremdbestäubten Arten nahm zusammen mit der Bienenabundanz mit zunehmender Höhe ab. Bis auf eine, waren alle fremdbestäubten Arten nativ und wuchsen in der Savanne.
6. Für fremdbestäubte Arten hatte die Blütendichte von Artgenossen, nicht aber von anderen Arten, einen Einfluss auf den Reproduktionserfolg der Pflanze. Auch wurde ein Interaktionseffekt zwischen der Blütendichte und der Bestäuberabundanz detektiert. Für selbstbestäubte Arten wurden solche Effekte nicht gefunden.
7. Diese Ergebnisse zeigen, dass native Pflanzen mehr von Fremdbestäubung abhängen als invasive Pflanzen, wobei in bewirtschafteten Grasländern die meisten nativen Arten selbstbestäubend sind. Die Tendenz, dass mehr fremdbestäubte Arten in den Savannen vorkommen deckt sich mit dem Ergebnis, dass der Anteil fremdbestäubter Arten und Bienenabundanzen mit zunehmender Höhe abnehmen. Unsere Ergebnisse bestätigen damit die Hypothesen dass Selbstbestäubung mit zunehmender Höhe zunimmt und Bestäuberlimitierung vor allem in landwirtschaftlich genutzten Flächen auftritt. Trotz abnehmender Bestäuberabundanzen, sind nur invasive Pflanzen pollenlimitiert, was daran liegen könnte, dass sie nur schlecht in die bestehenden Pflanzen-Bestäuber-Netzwerke integriert sind.
8. Ich konnte zeigen, dass der Reproduktionserfolg selbstbestäubter Pflanzen nicht von Bestäuberabundanzen und Blütendichten abhängt. Blütendichten von Artgenossen hatten jedoch einen positiven Effekt auf fremdbestäubte Arten. Klimawandel und anthropogene Aktivitäten in natürlichen Habitaten sind Faktoren, die Bestäuberabundanzen und Bestäuberfunktionen beeinflussen können, was dann wiederum zu einer Veränderung von Bestäubungssystemen in Pflanzengemeinschaften führen könnte, um Reproduktionserfolge zu sichern. |
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