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Multitrophic interactions: The population dynamics of spatially structured plant-herbivore-parasitoid systems

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Many plant species occur in a patchy distribution, which imposes constraints on the next trophic levels and is a key influence on the population dynamics of specialist herbivores. A comparison of two plant-herbivore-parasitoid systems shows that similar patchy distributions of the host plant can promote contrasting dynamics of the herbivore, depending on plant type, habitat preferences and the patch dynamics of the plant. The tephritid fly Urophora cardui is a specialist stem gall former on the creeping thistle Cirsium arvense. The creeping thistle occurs in disturbed habitats and early-successional communities and has a highly dynamic patch structure. Due to these host plant dynamics combined with varying rates of parasitism U. cardui shows metapopulation dynamics, hence its regional persistence is determined by the rates of extinction and (re-) colonisation of local populations. The agromyzid Phytomyza ilicis is a monophagous leaf-miner on holly Ilex aquifolium. As an understorey shrub or tree, although patchily distributed, holly shows a stable and persistent patch structure. The holly leaf-miner is locally persistent with slightly fluctuating annual densities. Its population dynamics are determined by local top-down and bottom-up factors.

Die Verbreitung vieler Pflanzen ist gegliedert in räumlich getrennte Bestände. Für spezialisierte Herbivoren auf der nächsten trophischen Ebene ist diese diskontinuierliche Verbreitung ein wichtiger Faktor in ihrer Populationsdynamik. Ein Vergleich zweier Pflanzen-Herbivor-Parasitoid Systeme zeigt, dass ein ähnlicher Fragmentierungsgrad der Wirtspflanze zu konträrer Dynamik der Herbivoren führen kann, abhängig von Pflanzentyp, Habitatpräferenzen und der Dynamik der Pflanzenbestände. Die Tephritide Urophora cardui ist ein monophager Stengelgallbildner an der Ackerdistel Cirsium arvense. Die Ackerdistel kommt in gestörten Habitaten und in den frühen Stadien der Pflanzensukzession vor und zeigt eine hochdynamische Bestandsstruktur. Bedingt durch die Wirtspflanzendynamik und durch stark fluktuierende Parasitierungsraten existiert die Bohrfliege U. cardui als Metapopulation, d.h. ihre regionale Persistenz ist bestimmt durch die Extinktions- und Kolonisierungsraten der Lokalpopulationen. Die Agromyzide Phytomyza ilicis ist ein monophager Blattminierer an der Stechpalme Ilex aquifolium. Als Busch im Waldunterwuchs oder als Baum kommt die Stechpalme zwar in räumlich getrennten Beständen vor, zeigt jedoch eine stabile Bestandsstruktur. Der Stechpalmen-Blattminierer ist persistent an den lokalen Wirtspflanzenbeständen und zeigt nur leicht schwankende jährliche Dichten. Seine Populationsdynamik wird lokal von ‘bottom-up’ und ‘top-down’ Faktoren bestimmt.

Keywords: Bottom-up; Cirsium arvense; Ilex aquifolium; Phytomyza ilicis; Urophora cardui; insect herbivores; metapopulation dynamics; patchy distribution; top-down

Document Type: Original Article


Affiliations: NERC Centre for Population Biology, Imperial College at Silwood Park, Ascot, Berks SL5 7PY, UK

Publication date: March 1, 2001


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