Effects of two types of herbivores on the population dynamics of a perennial herb

SummaryThe joint effects of multiple herbivores on their shared host plant have received increasing interest recently. The influence of herbivores on population dynamics of their host plants, especially the relative roles of different types of damage, is, however, still poorly understood. Here, we present a modelling approach, including both deterministic and stochastic matrix modelling, to be used in estimating fitness effects of multiple herbivores on perennial plants. We examined the effects and relative roles of two specialist herbivores, a pre-dispersal seed predator, Euphranta connexa, and a leaf-feeding moth, Abrostola asclepiadis, on the population dynamics and long-term fitness of their shared host plant, a long-lived perennial herb Vincetoxicum hirundinaria (Asclepiadaceae). We collected demographic data during 3 years and combined these data with the effects of natural levels of herbivory measured from the same individuals. We found that both seed predation and leaf herbivory reduced population growth of V. hirundinaria, but only very high damage levels changed the growth trend of the vigorously growing study populations from positive to negative. Demographic modelling indicated that seed predation had a greater impact on plant population growth than leaf herbivory. The effect of leaf herbivory was weaker and diminished with increasing level of seed predation. Evaluation of individual fitness components, however, suggested that leaf herbivory contributed more strongly to host plant fitness than seed predation. Our results emphasize that understanding the effects of a particular herbivore on plant population dynamics requires also knowledge on other herbivores present in the system, because the effect of a particular type of herbivory on plant population dynamics is likely to vary according to the intensity of other types of herbivory. Furthermore, evaluating herbivore impact from using individual fitness components does not necessarily reflect the long-term effects on total plant fitness.

ZusammenfassungDie kombinierten Effekte mehrerer Herbivoren arten auf die gemeinsame Wirtspflanze erfahren derzeit ein zunehmendes Interesse. Der Einfluss der Herbivoren auf die Populationsdynamik ihrer Wirtspflanzen, besonders die relative Rolle unterschiedlicher Typen der Beschädigung, ist jedoch wenig verstanden. Hier präsentieren wir einen Modellansatz, der sowohl deterministische als auch stochastische Matrixmodelle mit einbezieht, und der verwendet wird, um die Fitnesseffekte von vielfachen Herbivoren auf perennierende Pflanzen abzuschätzen. Wir untersuchten die Auswirkungen und die relative Bedeutung von zwei spezialisierten Herbivoren, einem prädispersalen Samenprädator, Euphranta connexa, und einem blattfressenden Falter, Abrostola asclepiadis, auf die Populationsdynamik und Langzeitfitness ihrer gemeinsamen Wirtspflanze, einem langlebigen perennierenden Kraut, Vincetoxicum hirundinaria (Asclepiadaceae). Wir sammelten die demographischen Daten über drei Jahre und kombinierten diese Daten mit den Auswirkungen des natürlichen Levels der Herbivorie, gemessen an den selben Individuen. Wir fanden, dass sowohl die Samenprädation als auch die Blattherbivorie das Populationswachstum von V. hirundinaria verringerte, aber nur äußerst große Beschädigungslevel kehrten den Wachstumstrend der stark wachsenden Untersuchungspopulation vom positiven ins negative. Das demographische Modell zeigte, dass die Samenprädation einen größeren Einfluss auf das Pflanzenpopulationswachstum hatte als die Blattherbivorie. Der Effekt der Blattherbivorie war geringer und wurde mit einem steigenden Level der Samenprädation abgeschwächt. Die Bewertung der individuellen Fitnesskomponenten wies jedoch darauf hin, dass die Blattherbivorie einen größeren Anteil zur Wirtspflanzenfitness beitrug, als die Samenprädation. Unsere Ergebnisse betonen, dass das Verständnis der Auswirkungen eines bestimmten Herbivoren auf die Pflanzenpopulationsdynamik auch Wissen darüber verlangt, welche anderen Herbivoren in dem System vorhanden sind, weil der Effekt eines bestimmten Typs von Herbivorie auf die Pflanzenpopulationsdynamik, wahrscheinlich entsprechend der Intensität anderer Typen von Herbivorie, variiert. Darüber hinaus spiegelt die Bewertung des Einflusses eines Herbivoren auf Basis der Verwendung von individuellen Fitnesskomponenten nicht notwendigerweise die Langzeiteffekte auf die gesamte Pflanzenfitness.