Forest fragmentation and plant-pollinator interactions in Western Kenya

Abstract

Rain forest fragmentation can affect plant-pollinator interactions and the reproductive success of plant species. Understanding these consequences is a crucial component of conserving vulnerable ecosystems. <br /> In this study, conducted between June 2001 and March 2003 in the highly fragmented Kakamega Forest and its five lager forest fragments in Western Kenya, four plant species: <i>Acanthopale pubescens</i> [Acanthaceae] (June 2001 to December 2001), <i>Acanthus eminens</i> [Acanthaceae] (January 2002 to March 2002 and November 2002 to February 2003), <i>Heinsenia diervilleoides</i> [Rubiaceae] (November 2002 to March 2003) and <i>Dracaena fragrans</i> [Ruscaceae] (July 2002 to March 2003) were tested for the effect of forest fragmentation on visitation frequency, primary pollination success, fruit and seed set. Furthermore, several biotic and abiotic factors, such as plant species diversity, the succession stages of the study sites, the number of cut trees per hectare, the protection status and parameters of clima and soil, were related to these different levels of pollination. <br /> In general, a higher mean visitation frequency and mean seed set was found inside the surrounding forest fragments compared to the main forest. In contrast to this, the primary pollination success and fruit set varied with respect to the different plant species. <br /> Only regarding the <i>A. eminens</i> campaign 2003, the higher number of visits by the pollinating Xylocopa bees inside the forest fragments, consequently caused a higher number of pollen on stigmas and increased fruit and seed set. Thus, a pollinator and/or pollen limitation in the patchy distributed <i>A. eminens</i> population might have occurred in 2003. Due to the generally lower primary pollination success inside the forest fragment populations of all other plant species, one essential factor of the higher seed set might be an increase of the long-distance cross-pollination ratio owing to the higher visitation frequency, shown for <i>A. pubescens </i>and<i> H. diervilleoides</i>. Even a temporarily higher genetic variation could be postulated. <br /> Nevertheless, for longer periods a reduction in population size and an increase in isolation due to fragmentation may lead to limited gene flow, increased inbreeding, loss of genetic variation, decreased individual fitness, and consequently to an increased risk of population extinction.

<strong>Waldfragmentierung und Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen in Western Kenya</strong><br /> Die anthropogen bedingte Fragmentierung von tropischen Regenwäldern kann sich sowohl auf Tier-Pflanzen-Interaktionen als auch auf den Reproduktionserfolg von Pflanzen auswirken. Die Aufklärung dieser komplexen Zusammenhänge ist eine bedeutende Komponente zum möglichen Schutz wertvoller Ökosysteme. <br /> In dieser zwischen Juni 2001 und März 2003 im Kakamega Forest, einem fragmentierten Regenwald und seinen fünf größeren Waldfragmenten im Westen Kenias durchgeführten Studie, wurden Besuchsfrequenzen, primärer Bestäubungserfolg sowie Frucht- und Samenansätze folgender Pflanzenarten auf mögliche Effekte der Waldfragmentierung untersucht: <i>Acanthopale pubescens</i> [Acanthaceae] (Juni 2001 bis Dezember 2001), <i>Acanthus eminens</i> [Acanthaceae] (Januar 2002 bis März 2002 und November 2002 bis Februar 2003), <i>Heinsenia diervilleoides</i> [Rubiaceae] (November 2002 bis März 2003) und <i>Dracaena fragrans</i> [Ruscaceae] (Juli 2002 bis März 2003). Des Weiteren wurde der mögliche Einfluss diverser biotischer und abiotischer Faktoren wie z.B. Diversität der Pflanzen, Sukzessionsstadien der Untersuchungsgebiete, Anzahl gefällter Bäume pro Hektar, Schutzstatus, klimatische Einflussgrößen und Bodenparameter, auf die oben genannten Ebenen der Bestäubung gestestet. <br /> Im Vergleich zum Hauptwald konnten in den umliegenden Waldfragmenten bei allen Pflanzenarten höhere Besucherfrequenzen und Samenansätze festgestellt werden. Dagegen ergab sich beim Vergleich des primären Bestäubungserfolges und des Fruchtansatz kein einheitliches Bild. <br /> Entgegen vorheriger Annahmen ergab nur die Untersuchung von <i>A. eminens</i> im Jahre 2003, dass eine höhere Besucherfrequenz der bestäubenden Xylocopa-Bienen zu einem größeren primären Bestäubungserfolg und einem höheren Frucht- und Samenansatz in den Waldfragmenten führte. Dieses Ergebnis lässt die Vermutung zu, dass nur die <i>A. eminens </i>Populationen im Jahre 2003 einer Bestäuber- und/oder einer Pollenlimitierung unterlagen. Bei der Untersuchung der anderen Pflanzenarten zeigte sich, dass eine höhere Besuchsfrequenz nicht zu einem größeren primären Bestäubungserfolg führte. Eine mögliche Erklärung für den trotzdem höheren Samenansatz könnte hier eine höhere Fremdbestäubungsrate, verursacht durch die höhere Besuchsfrequenz, sein. Auch eine temporäre Erhöhung der genetischen Variation innerhalb der inselhaft verbreiteten Pflanzenpopulationen wäre dadurch denkbar. <br /> Auf lange Sicht dagegen könnte eine Reduktion der Populationsgrößen und eine steigende Isolation durch Fragmentierung zu einem verminderten Genfluss, einer steigenden Inzucht, einem Verlust an genetischer Variabilität, einer abnehmenden biologischen Fitness und somit zu einem ansteigenden Risiko des Aussterbens führen.