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Spatiotemporal effects on bat activity above intensively managed farmland

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Olga Heim
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Bats are top insect predators on farmland, yet they suffer from intensive farmland management. Here, we evaluated the seasonal activity patterns of European bats above large, arable fields and compared these patterns between ecologically distinct bat species. Using repeated passive acoustic monitoring on a total of 93 arable fields in 2 years in Brandenburg, Germany, we surveyed the activity of different bat species between early spring and autumn. We then used generalized additive mixed models to describe and compare the seasonal bat activity patterns between bat categories, which were build based on the affiliation to a functional group and migratory class, while controlling for local weather conditions. In general, the affiliation to a bat category in interaction with the season in addition to cloud cover and ambient air temperature explained a major part of bat activity. The season was also an important factor for the foraging activity of open-space specialists such as Nyctalus noctula but showed only a weak effect on species such as Pipistrellus nathusii which are adapted to edge-space habitats. Across the seasons, habitat use intensity was high during the period of swarming and migration and low during the energy demanding period of lactation. Seasonal patterns in foraging activity showed that open-space specialists foraged more intensively above agricultural fields during the migration period, while edge-space specialists foraged also during the energy demanding period of lactation. We conclude that the significant seasonal fluctuations in bat activity and significant differences between bat categories in open agricultural landscapes should be taken into consideration when designing monitoring schemes and management plans for bat species in regions dominated by agriculture. Also, management plans should be directed to improve the conditions on arable land especially for bat species which would be classified as narrow-space foragers such as Myotis species.
Intakte und widerstandsfähige Ökosysteme sind essenziell für die Aufrechterhaltung optimaler Lebensbedingungen für das Leben auf der Erde. Die Basis für solche Ökosysteme bilden intakte ökologische Wechselwirkungen zwischen einer Vielzahl von Arten. Durch den beispiellosen Verlust der Biodiversität, welcher durch die in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts zunehmende Intensivierung der Agrarwirtschaft und die Zerstörung und Fragmentierung von Habitaten hervorgerufen wurde, können ökologische Wechselwirkungen und damit die Funktionsfähigkeit von Agrarökosystemen stark eingeschränkt werden. Um den Rückgang der Biodiversität in Agrarökosystemen abschwächen zu können, müssen wir die ökologischen Wechselwirkungen in Agrarökosystemen besser verstehen. Hierbei spielen Fledermäuse eine besondere Rolle, weil sie verschiedenste ökologische Nischen besetzen und eine Reihe von Ökosystemleistungen erfüllen so wie z.B. die Kontrolle von Schädlingspopulationen in Agrarlandschaften. Überdies trägt die Ordnung der Fledermäuse (Chiroptera) beträchtlich zur globalen Diversität der Säugetiere bei. Obwohl viele Fledermauspopulationen durch die Intensivierung der Agrarwirtschaft dezimiert wurden, ist noch relativ wenig darüber bekannt wie unterschiedliche Fledermausarten die offene Agrarlandschaft nutzen. Dieses Wissen ist jedoch essenziell für den Schutz von Fledermausarten in intensiv bewirtschafteten Agrarlandschaften und dringend notwendig besonders vor dem Hintergrund der vorhergesagten erweiterten Ausweitung der intensiven Agrarwirtschaft. Zusätzlich werden Fledermäuse durch den zuletzt massiven Ausbau von Windkraftanlagen, welche für viele Vogel- und Fledermausarten ein erhöhtes Tötungsrisiko darstellen, bedroht. Das Ziel dieser Dissertation war es deshalb, die Einflüsse ausgewählter raum-zeitlicher Faktoren auf die artspezifische Fledermausaktivität über intensiv genutzten Agrarflächen in einer von Agrarwirtschaft dominierten Landschaft zu untersuchen. Dazu habe ich die Fledermausaktivität mittels passiver akustischer Echoortungsaufnahme in den Jahren 2012 bis 2014 auf insgesamt 113 Untersuchungsflächen in offenen Ackerflächen im Nordosten Brandenburgs erfasst. Die Echoortungsrufe in etwa 27.779 Aufnahmen habe ich manuell bis auf die Art bestimmt und die berechneten artspezifischen Aktivitätsparameter mit Hilfe von komplexen statistischen Verfahren untersucht. Im ersten Kapitel dieser Arbeit, habe ich die berechneten Aktivitätsparameter von ökologisch unterschiedlichen Fledermausgruppen auf saisonale Muster hin untersucht. Dabei war ich besonders an Unterschieden zu den bekannten saisonalen Aktivitätsmustern in naturnahen Habitaten interessiert. Im zweiten Kapitel dieser Arbeit, habe ich den Einfluss von linearen Gehölzstrukturen am Feldrand und von kleinen Wasserflächen (Söllen) innerhalb von Ackerflächen auf die Flug- und Jagdaktivität verschiedener Fledermausarten über diesen Flächen untersucht. Zusätzlich war ich daran interessiert, ob sich etwaige Effekte dieser Landschaftselemente auf die Fledermausaktivität im Laufe des Jahres verändern. Im dritten Kapitel dieser Arbeit war es mein Ziel den Zusammenhang zwischen unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Einflüssen auf die artspezifische Fledermausaktivität über offenen Agrarflächen zu untersuchen. Dabei habe ich meine Untersuchungen auf Faktoren fokussiert, die dafür bekannt sind Fledermausaktivität zu beeinflussen, wie z.B. Faktoren auf kleinräumiger Skala, die mit der Beuteverfügbarkeit zusammenhängen, und verschiedene Landschaftscharakteristika auf großräumiger Skala. Auf der zeitlichen Skala, habe ich mich auf den Einfluss der Saison konzentriert. Zusammenfassend heben die Ergebnisse dieser Arbeit die Wichtigkeit naturnaher Landschaftselemente für die Fledermausaktivität über Agrarflächen hervor. Allerdings war nicht nur die Landschaftsstruktur für die Fledermausaktivität über Ackerflächen ausschlaggebend, sondern auch der Einfluss von interaktiven Effekten zwischen z.B. Landschaftscharakteristika und der lokalen Beuteverfügbarkeit. Ein weiteres Kernergebnis ist die saisonale Variabilität des Einflusses der Landschaftsstruktur auf die Fledermausaktivität. Hierbei hatten bestimmte Landschaftselemente vor allem im Sommer einen großen Einfluss auf die Fledermausaktivität. Das Potenzial der Ökosystemleistung durch spezifische Fledermausarten, welches wiederholt in den unterschiedlichen Kapiteln hervorgehoben wurde, ist ein weiteres Kernergebnis. Da die Fledermausaktivität jedoch stark von der Landschaftsstruktur in der Umgebung abhängt, ist es wichtig diese fledermausfreundlich zu gestalten, um die Ökosystemleistung der Schädlingskontrolle über Agrarflächen nutzen zu können. Schlussendlich trägt diese Arbeit in ihrer Gesamtheit zum bestehenden Wissen über die Fledermausbiologie und -ökologie bei und verdeutlicht die komplexen Wechselwirkungen unterschiedlicher Einflüsse auf mehreren raum-zeitlichen Ebenen. Die Ergebnisse dieser Arbeit können als Basis zur Verbesserung und Entwicklung von Schutzmaßnahmen für Fledermäuse in intensiv genutzten Agrarlandschaften dienen. Da Fledermäuse als gute Bioindikatoren gelten, können effektive Schutzmaßnahmen für Fledermäuse auch zum Schutz anderer Arten beitragen und damit potenziell den weiteren Verlust der Biodiversität in Agrarlandschaften abschwächen.
Bats are known to forage and commute close to vegetation structures when moving across the agricultural matrix, but the role of isolated landscape elements in arable fields for bat activity is unknown. Therefore, we investigated the influence of small isolated ponds which lie within arable fields close to vegetation structures on the flight and foraging activity of bats. Additionally, we compared species-specific activity measures between forest edges and linear structures such as hedgerows. We repeatedly recorded bat activity using passive acoustic monitoring along 20 transects extending from the vegetation edge up to 200. m into the arable field (hereafter: edge-field interface) with a small pond present at five transects per edge type (linear vs. forest). Using generalized linear mixed effect models, we analyzed the effects of edge type, pond presence and the season on species-specific flight and foraging activity within the edge-field interface. We found a higher flight activity of Nyctalus noctula and Pipistrellus pygmaeus above the arable field when a pond was present. Furthermore, Pipistrellus nathusii and Pipistrellus pipistrellus foraged more frequently at forest edges than at linear structures (e.g. hedgerows). Additionally, we found three major patterns of seasonal variation in the activity of bats along the edge-field interface. This study highlights the species-specific and dynamic use of forest and hedgerow or tree line edges by bats and their importance for different bat species in the agricultural landscape. Further, additional landscape elements such as small isolated ponds within arable fields might support the activity of bats above the open agricultural landscape, thereby facilitating agroecosystem functioning. Therefore, additional landscape elements within managed areas should be restored and protected against the conversion into arable land and better linked to surrounding landscape elements in order to efficiently support bats within the agroecosystem.