Effects of tree stand species composition on insect herbivory of silver birch in boreal forests

SummaryPure forest stands are commonly believed to be more susceptible to insect herbivore attacks than mixed stands. However, the existing experimental evidence of tree species diversity effects on herbivores in forest ecosystems is scarce and contradictory. In the present study, we compared insect herbivore abundance and leaf damage on silver birch (Betula pendula) in monocultures and paired mixtures with Scots pine (Pinus sylvestris) and Norway spruce (Picea abies) in three experiments in the boreal forest zone (SW Sweden, SW and central Finland). In the Finnish experiment, total densities of insect defoliators were highest in birch monocultures and decreased with increase in the proportion of Scots pine in a stand. Densities of leaf rollers, gall mites and aphids also tended to be higher in birch monocultures than in mixed stands. At the beginning of the season the proportion of birch leaves damaged by chewing insects in the Finnish experiment was significantly lower in mixed stands containing 25% of birch and 75% of pine as compared to birch monocultures and mixtures with 50% of birch and 50% of pine. However, by the end of the season there were no significant differences in herbivore damage between the treatments. In the Swedish experiment, where herbivory monitoring was conducted at the end or at the middle of summer, neither herbivore abundance nor damage differed between birch monocultures and paired mixtures with Scots pine and Norway spruce. Our results provide only a partial support for the hypothesis that pure forest stands are more susceptible to insect herbivores and demonstrate that the benefits of mixed forests in terms of reduced herbivory are not as straightforward as commonly thought.

ZusammenfassungIm Allgemeinen wird angenommen, dass reine Waldbestände für Angriffe von herbivoren Insekten anfälliger sind als gemischte Bestände. Die existierenden experimentellen Nachweise für die Auswirkungen der Baumarten-Diversität auf die Herbivoren in Waldökosystem sind jedoch selten und widersprüchlich. In der vorliegenden Untersuchung verglichen wir die Abundanz herbivorer Insekten und die Blattschäden bei der Hänge-Birke (Betula pendula) in Monokulturen und in paarweisen Mischungen mit der Waldkiefer (Pinus sylvestris) und der Fichte (Picea abies) in drei Experimenten in der borealen Waldzone (SW-Schweden, SW- und Zentralfinnland). Im finnischen Experiment waren die Gesamtdichten der Blattschädlinge in Birkenmonokulturen am höchsten und nahmen mit dem Anteil der Waldkiefern in einem Bestand ab. Die Dichten der Blattroller, Gallmilben und –läuse tendierten im Gegensatz zu gemischten Beständen in Birkenmonokulturen zu höheren Werten. Zu Beginn der Saison war im finnischen Experiment der Anteil der Birkenblätter, die durch Insektenfraß beschädigt wurden, in gemischten Beständen, die 25% Birke und 75% Kiefer enthielten, signifikant geringer als in Birkenmonokulturen und Mischungen von 50% Birke und 50% Kiefer. Zum Ende der Saison gab es jedoch keine signifikanten Unterschiede im Herbivorenschaden der verschiedenen Behandlungen. Im schwedischen Experiment, bei dem die Herbivorieerfassungen am Ende oder in der Mitte des Sommers durchgeführt wurden, unterschieden sich weder die Herbivorenabundanzen noch die Schäden zwischen Birkenmonokulturen und paarweisen Mischungen mit Waldkiefer oder Fichte. Unsere Ergebnisse liefern nur eine teilweise Bestätigung der Hypothese, dass reine Waldbestände für Insektenherbivore anfälliger sind und demonstrieren, dass die Vorteile von gemischten Wäldern in Bezug auf eine reduzierte Herbivorie nicht so einfach sind wie allgemein angenommen.