PubData Leuphana Repository: Long-term trends in carabid communities of old lowland beech forests in the context of severe drought

Please use this identifier to cite or link to this item: https://doi.org/10.48548/pubdata-1377

Resource type	Dissertation
Title(s)	Long-term trends in carabid communities of old lowland beech forests in the context of severe drought
DOI	10.48548/pubdata-1377
Handle	20.500.14123/1441
Creator	Weiss, Fabio 0000-0003-1078-1528 (Institut für Ökologie (IE), Leuphana Universität Lüneburg 02w2y2t16)
Referee	von Wehrden, Henrik 0000-0003-2087-5552 Linde, Andreas 0000-0002-0154-7943 Müller, Jörg 0000-0002-1409-1586
Advisor	von Wehrden, Henrik 0000-0003-2087-5552 Linde, Andreas 0000-0002-0154-7943
Other contributors	Winter, Susanne Pflugmacher, Dirk Kolling, Thomas
Abstract	Evidence for widespread declines in insect populations is growing, and the search for the responsible drivers continues. Forests are generally underrepresented in long-term studies of insect populations, which indicates a crucial research gap. In Europe, an unprecedented period of drought that began in 2018 severely affected forests, with as yet unknown consequences for forest insects. With the aim of shedding light on recent trends in forest insects and their influencing factors, this dissertation analyzed long-term trends in ground beetles in lowland beech forests and the role of drought effects. For this purpose, we relied on two complementary datasets: 1. a continuous time series of carabid samples from a small forest area near Eberswalde, Germany, covering the period 1999-2022. 2. a three-year (1999-2001) survey of carabid beetles at 11 old beech forest sites in northeastern Germany, which we resampled from 2020-2022 using identical methods. These study sites included several old-growth beech forests of high conservation value such as two UNESCO World Heritage Sites. In preparation for the main data analysis, we evaluated and expanded size-weight equations for carabid beetles, which allowed us to calculate the biomass of carabid samples more accurately. Additionally, we tested a statistical method to account for insect fluctuations and year effects in insect trend analysis, which enabled us to assess uncertainties in estimated trends more reliably. Both contributions served as crucial methodological groundwork for our further analyses but also provide valuable insights for future research on insect trends and applied environmental monitoring. We then analyzed the Eberswalde time series data modeling linear and nonlinear trends in carabid abundance, biomass, taxonomic diversity and selected species traits via GLMMs and GAMMs. We tested drought, represented by the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, as an additional predictor in trend models. Subsequently, we used the repeated sampling data from 1999-2001 (reference) and 2020-2020 (during/after drought) to test the previous findings at the regional scale and explore how local changes were mediated by the local context. We found consistent evidence for declines in both datasets. Within the study period, the man carabid abundance and biomass declined by 51% and 65%, respectively, at the regional scale. Nonlinear trends at the local study site revealed that the most severe declines occurred in recent years and were closely correlated with the drought index. Larger and less mobile species representing typical forest specialists showed overproportionate declines. Taxonomic diversity declined in the Eberswalde study area, but showed neither clear effects of drought nor consistent trends at the regional scale. Declines occurred independently of the local conservation status, and the decline in biomass was strongly linked to the local landscape composition (i.e., forest cover). These findings are worrying because they highlight the decline of a pivotal insect family in forests that plays a crucial role in conserving natural biodiversity. Furthermore, they support recent studies suggesting that weather anomalies and climate change as major drivers of insect populations and point to possible future declines and changes. Future conservation planning needs to recognize the limitations of local conservation and the importance of the spatial context in mitigating the effects of climate change on (insect) biodiversity. This requires further research on the fine-scale dynamics and underlying ecological processes of extreme weather impacts on forest insects. Es gibt immer mehr Hinweise auf einen weit verbreiteten Rückgang von Insektenpopulationen. Jedoch sind die Ursachen für diese Rückgänge weiterhin nicht eindeutig geklärt. Wälder sind unter den relevanten Langzeitstudien von Insektenpopulationen insgesamt unterrepräsentiert, was eine wichtige Wissenslücke darstellt. In Europa hat eine beispiellose Dürreperiode seit 2018 die Wälder stark in Mitleidenschaft gezogen, mit noch unbekannten Folgen für Waldinsekten. Mit dem Ziel, die jüngsten Trends bei Waldinsekten und ihre Einflussfaktoren zu beleuchten, untersucht diese Dissertation die langfristigen Trends bei Laufkäfern (Coleoptera: Carabidae) in Tiefland-Buchenwäldern und die diesbezügliche Rolle von Dürreeffekten. Zu diesem Zweck nutzten wir zwei komplementäre Datensätze: 1. eine kontinuierliche Zeitreihe von Laufkäferfängen von einem kleinräumigen Waldgebiet in der Nähe von Eberswalde, Deutschland, die den Zeitraum 1999-2022 abdeckt. 2. eine dreijährige (1999-2001) Erhebung von Laufkäfern an 11 Buchenwaldstandorten in Nordostdeutschland, die wir 2020-2022 mit identischen Methoden wiederholten. Zu diesen Untersuchungsgebieten gehörten auch mehrere alte Buchenwälder mit hohem Naturschutzwert, darunter zwei UNESCO-Welterbestätten. Im Zuge dessen evaluierten und erweiterten wir außerdem Größen-Gewichts-Gleichungen für Laufkäfer, wodurch wir die Laufkäferbiomasse für unsere eigenen Daten genauer berechnen konnten. Außerdem testeten wir eine statistische Methode zur Berücksichtigung von jährlichen Populationsschwankungen bei der Analyse von Insektentrends, die es uns ermöglichte, Unsicherheiten in den geschätzten Trends zuverlässiger zu bewerten. Beide Studien dienten als wichtige methodische Grundlage für unsere weiteren Analysen, lieferten aber auch wertvolle Erkenntnisse für die künftige Forschung zu Insektentrends und das angewandte Insektenmonitoring. Anschließend analysierten wir die lokalen Zeitreihendaten und modellierten mit Hilfe von GLMMs und GAMMs lineare und nichtlineare Trends hinsichtlich Laufkäferabundanz, -biomasse, taxonomischer Vielfalt und ausgewählter Artenmerkmale. Wir testeten Trockenheit, repräsentiert durch den Standardized Precipitation Evapotranspiration Index, als zusätzlichen Prädiktor in Trendmodellen. Anschließend nutzten wir die Daten der Wiederholungsaufnahme aus den Jahren 1999-2001 (Referenz) und 2020-2020 (während/nach der Dürre), um die vorherigen Ergebnisse auf regionaler Ebene zu validieren und zu untersuchen, wie kleinräumige Trends durch den lokalen Kontext beeinflusst wurden. In beiden Datensätzen fanden wir übereinstimmende Hinweise auf Rückgänge. Innerhalb des Untersuchungszeitraums ging auf regionaler Ebene die Laufkäferabundanz um durchschnittlich 51 % und die Biomasse um 65 % zurück. Nichtlineare Trends in dem Eberswalder Untersuchungsgebiet zeigten, dass die stärksten Rückgänge in den letzten Jahren auftraten und eng mit dem Trockenheitsindex korrelierten. Größere und weniger mobile Arten, die typische Waldarten darstellen, verzeichneten überproportionale Rückgänge. Die taxonomische Vielfalt nahm lokal im Eberswalder Untersuchungsgebiet ab, zeigte aber weder eindeutige Zusammenhänge mit der Trockenheit noch beständige Trends auf regionaler Ebene. Generell traten Rückgänge unabhängig vom lokalen Schutzgebietsstatus auf. Allerdings korrelierte der Rückgang der Laufkäferbiomasse stark mit der lokalen Landschaftszusammensetzung (d. h. der Waldbedeckung). Diese Ergebnisse sind besorgniserregend, da sie den Rückgang einer wichtigen Insektenfamilie in Wäldern aufzeigen, die eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der natürlichen Biodiversität spielen. Darüber hinaus stützen sie neuere Studien, die Wetteranomalien und den Klimawandel als wichtige Faktoren für Rückgänge in Insektenpopulationen identifizieren, und weisen auf wahrscheinliche künftige Rückgänge und Veränderungen hin. Die begrenzte Wirksamkeit lokaler Naturschutzansätze und die Bedeutung des räumlichen Kontexts sollten in der zukünftigen Naturschutzplanung größere Beachtung finden, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die (Insekten) Biodiversität abzuschwächen. Dies erfordert jedoch weitere Forschungen zu den von Extremwetterereignissen hervorgerufenen Auswirkungen auf Waldinsekten, unter Beachtung kleinräumigerer Dynamiken und den zugrundeliegenden ökologischen Prozessen.
Language	English
Keywords	Carabids; Beetles; Ground Beetles; Insect; Insect Decline; Beech; Forest; Drought; Climate Change; Biosphere Reserve
Date of defense	2024-09-02
Year of publication in PubData	2024
Publishing type	First publication
Date issued	2024-09-25
Creation context	Research
Granting Institution	Leuphana Universität Lüneburg
Published by	Medien- und Informationszentrum, Leuphana Universität Lüneburg
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