Flowering native weeds for the conservation of wild pollinators in agroecosystems

Abstract

Concerns about a global decline in pollinators have called for more knowledge about the drivers of wild pollinator abundance and diversity in agroecosystems. Agricultural intensification has been identified as the main cause of this “global pollinator crisis”, particularly, due to reductions in natural areas holding critical floral and nesting resources. Maintaining flowering weeds in agricultural field margins is often recommended as a cost-effective and efficient method of offering natural or semi-natural habitats for wild pollinator conservation. In this study, the role of flowering weeds in supporting wild bees and other flower visiting insects in Mediterranean cereal agroecosystems was investigated. This research involved a three-year, multi-farm study (Part A) which compared field margin characteristics, including the functional constitution of their floral communities, with wild bee community composition and functional structure, from sites with landscapes of varying agricultural intensity in Catalonia, Spain. The aim of this work was to investigate the value of field margins in differing landscapes and determine which biotic and abiotic margin characteristics, and which functional attributes of margin plant communities, were important for sustaining wild bee abundance and diversity. This work also involved a two-year field trial (Part B) to compare five native flowering weed species common in Catalan cereal agroecosystems: C. arvensis, D. carota, M. sylvestris, P. rhoeas and S oleraceus. The goal was to compare the attractiveness of these species to different flower visiting insect groups, assess their value in supporting wild pollinators and analyze relationships between particular floral characteristics and insect visitation rates. Overall, more than 4000 bees were collected and identified to genus and a database was compiled listing the morphophysiological features and behaviours of the observed genera. A large database was also compiled of all the flowering plant species observed in Part A, documenting the trait values relevant for this work. In Part A, generalized linear models indicated a strong inverse relationship between surrounding landscape diversity and wild bee abundance. The proportion of Halictidae bees (common generalists) increased with decreasing landscape complexity. Floral richness exhibited a positive association with number of foraging bees and morphospecies richness, and was positively correlated with the proportion of shrubs and trees represented in the margins. It was observed that wider margins held a higher proportion of perennial plants and a lower proportion of Halictidae bees. The functional attributes of margin plant communities that were observed to promote wild bee community robustness included: high nectar availability, diversity in flower colour, diversity in flower morphology and diversity in vegetation height. In Part B, the most visited species were P. rhoeas and D. carota (more visits to P. rhoeas in 2015 and more visits to D. carota in 2016), followed by mixed plots, M. sylvestris, C. arvensis and S. oleraceus. The influence of the specific floral traits of the studied species on visitation rates, calculated using general linear models, varied depending on the insect group. This study suggests that field margins are more crucial in intensively farmed areas than in heterogeneous landscapes where foraging resources are more abundant. Maintaining wide margins with high flowering plant richness, comprising perennial and shrub species, best supports a dense and diverse bee community. If necessary, it is recommended that margins be sown with native perennial flowers, with differing and overlapping flowering periods, high in nectar and pollen, with a diverse assortment of colours, shapes and plant heights, and that they be managed so that a diversity of nesting features are offered.

La creciente preocupación sobre la disminución global de polinizadores exige un mayor conocimiento de los factores que influyen sobre la abundancia y diversidad de polinizadores en los agroecosistemas. La intensificación agrícola ha sido identificada como la causa principal de esta "crisis global de polinizadores", particularmente, debido a la reducción de las áreas naturales con recursos florales y de nidificación. El mantenimiento de "malas" hierbas con flores en los márgenes de los campos agrícolas se ha recomendado como un método rentable y eficiente de ofrecer hábitats naturales para la conservación de polinizadores silvestres. En este trabajo se ha estudiado el papel que pueden tener las "malas" hierbas con flores en el apoyo de las abejas silvestres y otros polinizadores en agroecosistemas de cereales mediterráneos. Por un lado, se ha realizado un estudio de tres años (Parte A) consistente en comparar las características de márgenes de campos de cereales en Cataluña, incluida la caracterización funcional de la comunidad floral, con la composición y estructura funcional de la comunidad de abejas. El objetivo de este trabajo fue determinar las características y atributos funcionales del margen qué respaldan mejor el mantenimiento de la comunidad de abejas silvestres en diferentes paisajes. Por otro lado, también se realizó una prueba de campo de dos años (Parte B) para comparar cinco especies nativas consideradas malas hierbas, con flores, comunes en los agroecosistemas de cereales de Cataluña: Convolvulus arvensis, Daucus carota, Malva sylvestris, Papaver rhoeas y Sonchus oleraceus. El objetivo fue comparar el atractivo de estas especies para diferentes grupos de insectos, evaluando sus valores para mantener a los polinizadores silvestres, y analizando las relaciones entre sus características florales y las visitas de estos insectos. En total se recolectaron más de 4.000 abejas y se identificaron a nivel de género. En la Parte A, los modelos lineales generalizados indicaron una fuerte relación inversa entre la diversidad del paisaje circundante y la abundancia de abejas silvestres. La proporción de abejas Halictidae aumentó con la disminución de la complejidad del paisaje. La riqueza floral mostró una asociación positiva con el número de abejas de forrajeo y la riqueza de morfoespecies. Se observó que los márgenes más amplios contenían una proporción mayor de plantas perennes y una proporción menor de abejas Halictidae. Los atributos funcionales de las comunidades de plantas de los márgenes que promovieron la robustez de la comunidad de abejas silvestres fueron la alta disponibilidad de néctar, diversidad en el color de las flores, diversidad en la morfología de las flores y diversidad en la altura de la vegetación. En la Parte B, las especies más visitadas fueron P. rhoeas y D. carota, seguido de parcelas mixtas, M. sylvestris, C. arvensis y S. oleraceus. La influencia de los rasgos florales de las especies estudiadas en las tasas de visita, calculado usando modelos lineales generales, variaba dependiendo del grupo de insectos. Este estudio sugiere que los márgenes de campo son más cruciales en áreas de cultivo intensivo que en paisajes heterogéneos. El mantenimiento de amplios márgenes con alta riqueza de plantas con flores, con especies perennes y arbustivas, es la mejor manera de apoyar una comunidad de abejas densa y diversa. Si es necesario, se recomienda que los márgenes se siembren con flores perennes nativas, con períodos de floración diferentes y superpuestos, que posean alto contenido en néctar y polen, con una diversidad de colores, formas y alturas de plantas, y que se distribuyan de modo que se facilite la anidación de insectos. En función de su atractivo general para los insectos, además de otros atributos positivos, la presencia de P. rhoeas, D. carota y M. sylvestris puede contribuir a la sostenibilidad de los agroecosistemas.