An expert-based landscape permeability model for assessing the impact of agricultural management on amphibian migration

The persistence of pond-breeding amphibian populations is influenced on different spatial scales ranging from the individual breeding pond to surrounding habitat patches to landscape clusters of breeding pond populations. The connectivity among breeding ponds as well as the availability of suitable terrestrial habitats surrounding the ponds plays a major role in long-term viability of amphibian species. Besides road traffic and urban structures agricultural land activity can disrupt landscape connectivity through the use of pesticides, fertilizers and physical activity such as tillage. We developed an expert-based model to assess the impact of agricultural management measures on the migration area and terrestrial habitat availability for seven amphibian species. The model is based on a Habitat Suitability Index to identify suitable terrestrial habitats and includes a landscape permeability approach. Size of migration areas, connectivity of breeding ponds and number of reachable terrestrial habitats were modeled considering species-specific migration ranges and habitat preferences. We consider how pesticides application might lead to fragmentation and isolation of amphibian breeding pond populations. Therefore the potential disrupting impact of pesticides was simulated by inflating landscape resistance to medium and high migration cost. One amphibian species showed a decrease of migration area by 48.3% and a decrease of reachable terrestrial habitats by 41.5% at high migration costs. Three additional species showed a decrease of their migration areas between 31.5 and 35.7%. At increased migration cost, some of the investigated populations were isolated at breeding pond level or restricted to pond clusters. Our model could be used to prioritize conservation efforts for pond-breeding amphibians with adequate consideration of agricultural land use and its impact on amphibian migration.

ZusammenfassungDie Persistenz von Amphibienpopulationen wird auf verschiedenen räumlichen Skalen beeinflusst, die vom einzelnen Laichgewässer über umgebende Habitate bis hin zu Laichgewässergruppierungen auf Landschaftsebene reichen. Die Konnektivität zwischen den Laichgewässern sowie die Verfügbarkeit von umgebenden geeigneten terrestrischen Habitaten sind dabei von entscheidender Bedeutung für das langfristige Überleben der Amphibien. Neben dem Straßenverkehr und urbanen Strukturen kann diese Konnektivität auch durch die landwirtschaftliche Landnutzung und die damit einhergehenden Dünger- und Pestizideinsätze sowie Bodenbearbeitungsmaßnahmen gestört werden. Wir haben ein Experten-basiertes Modell entwickelt um den Einfluss von landwirtschaftlichen Maßnahmen auf die Wanderungsräume und die Verfügbarkeit terrestrischer Habitate von sieben Amphibienarten abzuschätzen. Das Modell basiert auf einem Habitat-Eignungsindex-Ansatz um geeignete terrestrische Habitate zu identifizieren, sowie auf der landschaftlichen Permeabilität. Die Größe der Wanderungsräume, Konnektivität von Laichgewässern und Anzahl erreichbarer terrestrischer Habitate wurden dabei unter Berücksichtigung artspezifischer Wanderungsdistanzen und Habitatpräferenzen modelliert. Pestizide führen möglicherweise zu einer chemischen Fragmentierung und Isolation von Laichgesellschaften, die nicht offensichtlich ist, sofern nur physische Landschaftsstrukturen evaluiert werden. Um den potentiell störenden Einfluss von Pestiziden zu simulieren wurde der Raumwiderstand von Weinbergen auf mittlere und hohe Wanderungskosten erhöht. Eine der Amphibienarten zeigte eine Abnahme von 48,3% des Wanderungsraums und 41,5% bei der Anzahl an erreichbaren terrestrischen Habitaten bei hohen Wanderungskosten. Drei weitere Arten zeigten eine Abnahme des Wanderungsraums zwischen 31,5 und 35,7%. Bei erhöhten Wanderungskosten waren einige der betrachteten Laichgesellschaften völlig isoliert oder bildeten fragmentierte Laichgewässergruppen im Untersuchungsgebiet aus. Unser Modell könnte dazu dienen Schutzmaßnahmen für Laichgesellschaften von Amphibien unter Berücksichtigung der landwirtschaftlicher Nutzung und deren Einfluss auf das Wandervermögen zu priorisieren.