Functional response of leaf- and planthoppers to modern fertilisation and irrigation of hay meadows

In the drier regions of the European Alps, traditional land-use of montane and subalpine meadows, i.e. extensively managed with solid manure application and irrigation via water channels, is currently shifting towards application of slurry and aerial irrigation. The impact of these new practices upon biodiversity remains poorly understood and calls for quantitative assessments of their effects. Relying on a full block design, we tested the effects of six management treatments corresponding to an increasing gradient of farming intensification (fertilisation with slurry and/or irrigation with sprinklers) on Auchenorrhyncha (Hemiptera) communities occurring in the inner Swiss Alps. The experimental set up consisted of: control plots (no fertiliser, no irrigation; C-plots); plots that received only fertiliser (F-plots); plots that were only irrigated (I-plots); and plots that received low-, medium- and high-input of fertiliser and water (F + I 1/3-plots; F + I 2/3, F + I 3/3-plots; 3/3 corresponds here to the input level necessary for achieving maximum theoretical hay yield locally). After two years of experimental treatment (2012), plots that were only fertilised or only irrigated showed no change in the population sizes of Auchenorrhyncha, while plots that received low-, medium- and high-input of fertiliser and water harboured significantly higher abundances (1.9, 1.5 and 1.4 times higher, respectively), biomass (1.8, 1.6 and 1.8 times higher, respectively), as well as species richness (+27–30%, on average) than control plots. Abundances and species richness were also higher in plots with low-input of fertiliser and water compared to fertilised only plots. Monophagous and oligophagous species were most abundant in plots with low-input of fertiliser and water. Medium- and high-input treatments (F + I 2/3 and 3/3) increased the number of generalist (eurytopic) species, while only low-input treatment (F + I 1/3) boosted the more specialised (stenotopic) species. This provides support to the hump-shaped diversity-disturbance relationship and guidance for sustainable management of biodiversity-rich mountain hay meadows.

ZusammenfassungIn den trockeneren Gebieten des europäischen Alpenraums findet zurzeit eine Veränderung in der landwirtschaftlichen Nutzung von Wiesen der montanen und subalpinen Höhenstufen statt: Extensive Bewirtschaftungsformen wie das Einbringen von Feststoffdünger und eine Bewässerung mit Hilfe von Wasserkanälen werden dabei zunehmend durch den Einsatz von Gülle und Sprinkleranlagen ersetzt. Wie sich diese Bewirtschaftungsmaßnahmen auf die Biodiversität auswirken ist jedoch noch weitgehend unbekannt und quantitative Erhebungen dazu fehlen noch weitgehend. In einem Freilandversuch mit je 6 unterschiedlich intensiv bewirtschafteten Probeflächen im Block-Design wurden die Auswirkungen von Flüssigdünger- und Sprinklereinsatz auf die Artengemeinschaften von Zikaden (Auchenorrhyncha, Hemiptera) im inneralpinen Gebiet der Schweiz untersucht. Das experimentelle Grundschema bestand jeweils aus einer Kontrollfläche (ohne Dünger und Bewässerung: C-Fläche), einer nur gedüngten Fläche (F-Fläche), einer nur bewässerten Fläche (I-Fläche) und weiteren 3 Flächen, die jeweils eine niedrige, mittlere oder hohe Dosis an Dünger und zusätzlichem Wasser (F + I 1/3, F + I 2/3, F + I 3/3) erhielten. Der Intensivierungsgrad F + I 3/3 entspricht dabei dem Wasser- und Düngemitteleintrag, der für einen maximalen, theoretisch an einem Standort erzielbaren Heuertrag benötigt würde. Nach zweijähriger Projektlaufzeit konnten auf Flächen, welche entweder nur gedüngt oder nur bewässert wurden, keine Veränderungen bei den Populationsgrössen der Zikaden festgestellt werden. Der Einsatz einer Kombination von Dünger und Bewässerung (niedriger, mittlerer und hoher Intensivierungsgrad) führten hingegen zu signifikant höherer Abundanz (1.9-, 1.5-, 1.4-fach), Biomasse (1.8-, 1.6-, 1.8-fach) und einem grösseren Artenreichtum (im Durchschnitt +27–30%) der Auchenorrhyncha. In Probeflächen mit niedriger Wasser und Düngemittelzugabe waren Abundanz und Artenreichtum höher als in nur gedüngten Flächen. Auch waren monophage und oligophage in diesen Flächen am häufigsten. Mittlere und hohe Intensivierungsgrade (F + I 2/3 und F + I 3/3) führten zudem zu einer Förderung der (eurtytopen) Genera- listen, während sich niedrige Dosen an Dünger und Wasser (F + I 1/3) positiv auf spezialisierte (stenotope) Arten auswirkten. Dieser Befund bestätigt die Theorie einer glockenförmig verlaufenden Beziehungskurve zwischen biologischer Diversität und Bewirtschaftungsintensität und eröffnet Möglichkeiten für eine nachhaltige Bewirtschaftung von artenreichen Heuwiesen im Berggebiet.