Authors:	Farwig, Nina
Title:	Impact of forest fragmentation and disturbance on the endangered tropical tree Prunus africana (Rosaceae)
Online publication date:	29-Sep-2005
Year of first publication:	2005
Language:	english
Abstract:	Anthropogene Fragmentierung und Störung von Wäldern beeinflussen ökologische Prozesse. Darüber hinaus werden genetische Drift und Inzucht verstärkt und die Fitness von Populationen beeinträchtigt. Um die Einflüsse von Fragmentierung und Störung auf die Biodiversität und Prozesse in tropischen Wäldern zu ermitteln, habe ich im „Kakamega Forest“, West-Kenia, die Baumart Prunus africana genauer untersucht. Dabei lag der Fokus auf (i) der Frugivorengemeinschaft und Samenausbreitung, (ii) der Kleinsäugergemeinschaft im Kontext der Samenprädation und (iii) der genetische Populationsstruktur von Keimlingen und adulten Bäumen. Der Vergleich von Keimlingen mit adulten Bäumen ermöglicht es, Veränderungen im Genfluss zwischen Generationen festzustellen. Die Ergebnisse zeigten, dass im untersuchten Waldgebiet insgesamt 49 frugivore Arten (Affen und Vögel) vorkommen. Dabei lag die Gesamtartenzahl im zusammenhängenden Wald höher als in den isoliert liegenden Fragmenten. An den Früchten von P. africana konnten insgesamt 36 Arten fressend beobachtet werden. Hier jedoch wurden in Fragmenten eine leicht erhöhte Frugivorenzahl sowie marginal signifikant erhöhte Samenausbreitungsraten nachgewiesen. Der Vergleich von stark gestörten mit weniger gestörten Flächen zeigte eine höhere Gesamtartenzahl sowie eine signifikant höhere Frugivorenzahl in P. africana in stark gestörten Flächen. Entsprechend war die Samenausbreitungsrate in stark gestörten Flächen marginal signifikant erhöht. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die quantitative Samenausbreitung in fragmentierten und gestörten Flächen etwas erhöht ist und somit eine gewisse Artenredundanz besteht, die den Verlust einzelner Arten ausgleichen könnte. Prunus africana Samen, die auf dem Boden lagen, wurden hauptsächlich von einer Nagerart (Praomys cf. jacksonii) erbeutet. Dabei war in gestörten Waldbereichen eine tendenziell höhere Prädatoraktivität zu beobachten als in weniger gestörten. Zudem waren einzelne Samen im Gegensatz zu Samengruppen in gestörten Flächen signifikant höherem Prädationsdruck ausgesetzt. Diese Ergebnisse zeigen, dass Fragmentierung sowie anthropogene Störungen auf unterschiedliche Prozesse im Lebenszyklus eines tropischen Baumes gegensätzliche Effekte haben können. Eine Extrapolation von einem auf einen anderen Prozess kann somit nicht erfolgen. Die genetische Differenzierung der adulten Baumpopulationen war gering (FST = 0.026). Der Großteil ihrer Variation (~ 97 %) lag innerhalb der Populationen, was intensiven Genfluss in der Vergangenheit widerspiegelt. Die genetische Differenzierung der Keimlinge war etwas erhöht (FST = 0.086) und ~ 91 % ihrer Variation lag innerhalb der Populationen. Im Gegensatz zu den adulten Bäumen konnte ich für Keimlinge ein „Isolation-by-distance“-Muster feststellen. Somit sind erste Hinweise auf begrenzten Genfluss im Keimlingsstadium infolge von Fragmentierung gegeben. Obwohl die Momentaufnahmen im Freiland keine Abnahme in der Frugivorenzahl und Samenausbreitung von P. africana als Folge von Fragmentierung beobachten ließen, weisen die Ergebnisse der genetischen Studie auf einen bereits reduzierten Genaustausch zwischen den Populationen hin. Somit lässt sich feststellen, dass die Faktoren Fragmentierung und Störung genetische Diversität, ökologische Prozesse und Artendiversität in Wäldern jeweils auf unterschiedliche Weise beeinflussen. Um Konsequenzen derartiger Einflüsse folgerichtig abschätzen zu können, sind Studien auf unterschiedlichen Diversitätsebenen unabdingbar. Anthropogenic forest fragmentation and disturbance imperil the survival of species and have been shown to affect ecological processes and communities. Moreover, they cause plant species to suffer from genetic drift and inbreeding, which affects population viability negatively. To assess the impact of fragmentation and disturbance on biodiversity and ecosystem processes I investigated (i) the frugivore community together with its seed dispersal service for Prunus africana (Rosaceae), (ii) the small mammal activity in combination with seed predation rates of the focal tree and (iii) the genetic structure of adult in comparison with seedling populations using microsatellite markers in Kakamega Forest, western Kenya. Comparing adults with seedlings allowed studying changes in gene flow between generations with adults reflecting the pattern before and seedlings after forest fragmentation. During the frugivore census within the forest I recorded 49 frugivorous species (birds and monkeys) and observed 36 of them feeding on P. africana fruits. Even though the overall species richness of the forest declined marginally significantly from main forest to fragmented sites I recorded slightly higher numbers of frugivores in P. africana trees in fragments. Overall species richness was higher in highly than in less disturbed sites and concordantly species richness increased significantly in P. africana trees in highly disturbed sites. Correspondingly, seed dispersal was marginally significantly higher in fragmented than in main forest sites and in highly compared to less disturbed sites. These results suggest that the quantity of seed dispersal seems to be slightly enhanced in fragments and highly disturbed sites, indicating a certain species redundancy in an ecosystem which may compensate loss of single species. Small mammal activity was existent throughout the entire forest and terrestrial predation of P. africana seeds was mainly caused by one rodent species (Praomys cf. jacksonii). Activity of seed predators tended to be higher in highly disturbed compared to less disturbed sites. Moreover, I recorded significantly higher predation rates for single seeds in contrast to groups of seeds of P. africana in highly compared to less disturbed sites. Thus, the two studied processes in the life cycle of P. africana revealed to some degree contrasting results demonstrating that extrapolation from one process in the life cycle of a tree to another is not possible. Genetic differentiation of adult tree populations was low (FST = 0.026) with ~ 97 % of the variation within populations, reflecting extensive gene flow in the past. However, genetic variation of seedlings was slightly higher (FST = 0.086) with ~ 91 % of the variation within populations. Additionally, for seedlings, but not for adults, I recorded an isolation by distance (IBD) pattern. Thus, the increased genetic differentiation combined with the IBD-pattern for seedlings are first indicators for restricted gene flow in the seedling stage class as a result of forest fragmentation. Even though the observational data showed no decline in seed dispersal as a result of fragmentation, the genetic results demonstrated already decreasing genetic exchange between populations. Thus, genetic data provide an important indicator for long-term changes in ecosystems whereas field data reveal only snap-shots. To conclude, fragmentation and disturbance affect genetic diversity, ecosystem processes and species diversity in variable ways, respectively. Therefore, future studies should consider different diversity levels to evaluate consequences of human impact.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1917
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-8619
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen