Universität zu Köln

Bui, Van Bac (2019). Dung beetles as sensitive indicators of land use change and quantification of their ecosystem services in northern and central Vietnam. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The conversion of tropical forests by anthropogenic land-uses has generated a large variety of fragmented habitats, leading to changes in animal diversity. Dung beetles (DB) respond sensitively to both, changes in the composition of vertebrates whose excrements provide food and nesting material, as well as changes in the physical structure of their habitats. Changes in DB communities have been often described via the taxonomic identity, but difficulties in the delineation of DB species that are taxonomically difficult to determine and highly diverse, combined with fundamental changes in the taxonomic composition of DB communities between different biogeographical regions, have posed great challenges for the taxonomic identification and therefore hindered the generalization of results. Morphological traits of beetles instead directly reflect their environmental adaptations through natural selection across species borders, and may provide a more robust means to detect patterns of community change imposed by different land uses. The main objective of the dissertation was to examine the effects of the conversion of primary forests (1st Forests) to secondary forests (2nd Forests) and to meadows on DB communities of tropical karst ecosystems, and the consequences for key ecosystem functions, using both taxonomic identity and morphological trait-based approaches. As the tropical karst ecosystems typically harbour unique flora and fauna, it was hypothesized that these ecosystems would also host unique DB communities with high potential of endemism, and accordingly may reveal particular patterns in responses to forest conversion. Further we hypothesized that changing environmental conditions would lead to morphological adaptations of DB, eventually measurable as distinct clusters of morphological traits. Finally, changes in DB morphological traits may affect dung removal rate, being an important ecosystem function. This dissertation started with quantification and comparison of the structure and community attributes (i.e., species richness, abundance and biomass) of DB between land-use types in two spatially separated nature reserves (NR) in north-eastern and north-central Vietnam. Surprisingly, species composition and community structure differed remarkably between two NR. Clear patterns of responses of DB to forest conversion were found between forests and meadows, with meadows showing a higher abundance and species richness being compared to forests (Chapter 1). In Chapter 2, we successfully used the morphological trait-based approach to identify and characterize three distinct morphological trait clusters reflecting DB adaptations to changing environmental conditions resulting from the forest conversion. Our results highlight the potential to further the use of morphological traits in examining anthropogenic impacts on community structure. In Chapter 2, we found that body length and body mass rather than abundance determined dung removal rate, but the large-bodied DB were particularly vulnerable to forest conversion. Accordingly, the forest conversion by human land uses resulted in a loss of DB functioning and resulting their key ecosystem service, dung removal rate. Since large-bodied DB play a vital role in ecosystem functions and were highly sensitive to forest conversion, it is critical to focus on the large DB species in conservation management. However, the poor understanding of the taxonomy of SE-Asian DB is hindering conservation decisions, because reliable information on species composition, distribution and diversity is lacking. Therefore, in Chapter 3, we focussed on the taxonomy and distribution of the dominant and large-bodied DB of the genus Copris by providing a species list for Vietnam with detailed illustrations and identification keys to all Vietnamese members, and with the worldwide distributions of all these species. Two new Copris species, one country records and rare species recorded from the karst ecosystems were also described and included in the key. In addition, the little-known subgenus Copris (Paracopris) was reviewed along with description of a new species from Java (Indonesia). The genus Synapsis contains remarkably large-bodied DB reaching a length of up to 52 mm (i.e., in S. tmolus Fischer, 1821). Since Synapsis spp. mainly occur in SE-Asian tropical forests, they may be useful bio-indicators for undisturbed forests. However, the species status of particular taxa has undergone repeated changes due to poorly defined species boundaries. In Chapter 4, we therefore presented a thoroughly illustrated key and diagnoses of all worldwide known Synapsis species based on morphological examinations of a great number of type specimens housed at European natural history museums. In addition, a new species and a rare species of the genus Synapsis recorded from the karst ecosystems were formally described.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Die Umwandlung von Tropenwäldern durch anthropogene Landnutzung hat zu einer großen Vielfalt von fragmentierten Lebensgemeinschaften geführt, die zu einer Veränderung der Tiervielfalt führen. Dungkäfer (DB) reagieren empfindlich auf Veränderungen in der Zusammensetzung von Wirbeltieren, deren Exkremente Nahrung und Nistmaterial darstellen, sowie auf Änderungen in der physischen Struktur ihrer Lebensräume. Änderungen in DungkäfergDungkäfergemeinschaften wurden oft über die taxonomische Identität beschrieben, aber dies schränkte die Verallgemeinerung der Ergebnisse ein, da es Schwierigkeiten bei der Abgrenzung von Dungkäferarten gibt, da sie taxonomisch schwer zu bestimmen sind, und sich die taxonomische Zusammensetzung von Dungkäfer gemeinschaften zwischen verschiedenen biogeographischen Regionen grundlegend unterscheiden kann. Morphologische Merkmale von Käfern spiegeln stattdessen ihre Umweltanpassungen durch natürliche Selektion über Artengrenzen hinweg direkt wider und können ein robusteres Mittel zum Erkennen von Gemeinschaftsveränderungen durch verschiedene Landnutzungen darstellen. Das Hauptziel der Dissertation bestand darin die Auswirkungen der Umwandlung von Primärwäldern (1ry Forest) in Sekundärwälder (2nd Forest) und zu Weiden auf Dungkäfergemeinschaften Dungkäfergemeinschaftenin tropischen Karstökosystemen und die Auswirkungen auf Schlüssel-Ökosystemfunktionen unter Verwendung von taxonomischer morphologisch-merkmalsbezogener Ansätze zu untersuchen. Da die tropischen Karst- Ökosysteme typischerweise eine einzigartige Flora und Fauna beherbergen, wurde die Hypothese aufgestellt, dass diese Ökosysteme auch einzigartige Dungkäfergemeinschaften mit einem hohen Endemismuspotenzial beherbergen und dementsprechend bestimmte Muster in Reaktionen auf die Waldumwandlung aufdecken könnten. Des Weiteren stellten wir die Hypothese auf, dass veränderte Umweltbedingungen morphologischen Anpassungen der Dungkäfer bedingen, die über morphologischer Merkmale messbar sind. Schließlich können Änderungen in den morphologischen Merkmalen der Dungkäferdie Dungentfernungsrate beeinflussen, die eine wichtige Ökosystemfunktion darstellt. Diese Dissertation begann mit der Quantifizierung und dem Vergleich der Struktur- und Gemeinschaftsattribute (d. H. Artenreichtum, Abundanz und Biomasse) von Dungkäfernzwischen Landnutzungsarten in zwei räumlich getrennten Naturschutzgebieten im Nordosten und Norden von Vietnam. Überraschenderweise unterschieden sich die Artenzusammensetzung und die Gemeinschaftsstruktur zwischen zwei Naturschutzgebieten erheblich. Zwischen Wäldern und Wiesen wurden deutliche Muster der Reaktionen der Waldbrut auf Waldbestände gefunden, wobei Wiesen im Vergleich zu Wäldern eine höhere Abundanz und Artenvielfalt aufweisen (Kapitel 1). In Kapitel 2 haben wir erfolgreich den morphologischen Merkmalsansatz verwendet, um drei verschiedene morphologische Merkmalscluster zu identifizieren und zu charakterisieren, die Anpassungen der Dungkäfer an sich ändernde Umgebungsbedingungen aufgrund der Waldumwandlung widerspiegeln. Unsere Ergebnisse unterstreichen das große Potenzialder Untersuchung morphologischer Merkmale bei der Untersuchung anthropogener Auswirkungen auf die Gemeinschaftsstruktur von Käfern. In Kapitel 2 stellten wir fest, dass nicht Abundanz, sondern Körperlänge und Körpermasse die Dungentfernungsrate bestimmten. Jedoch war die Dungkäfer mit großem Körper besonders anfällig für die Waldkonversion. Dementsprechend führte der Umbau der Wälder durch menschliche Landnutzung zu einem Verlust der Funktionsfähigkeit der Dungkäfergemeinschaften und zu ihrem wichtigsten Ökosystem-Service, der Entfernung von Dung. Da großkörperige Dungkäfergemeinschaften eine wichtige Rolle in Ökosystemfunktionen spielen und sehr empfindlich auf die Waldumwandlung reagieren, ist es wichtig, sich auf die großen Dungkäferarten im Naturschutzmanagement zu konzentrieren. Das schlechte Verständnis der Taxonomie von südost-asiatischen Dungkäfer behindert jedoch Naturschutzentscheidungen, da verlässliche Informationen über Artenzusammensetzung, Verbreitung und Vielfalt der Dungkäfer fehlen. Daher konzentrierten wir uns in Kapitel 3 auf die Taxonomie und Verteilung der großräumig dominanten Dungkäfer der Gattung Copris, indem wir eine Artenliste für Vietnam mit detaillierten Abbildungen und Identifikationsschlüsseln für alle vietnamesischen Arten und Informationen zur weltweiten Verbreitung aller Arten bereitstellten. Zwei neue Copris-Arten, ein Länderdatensatz und seltene, aus den Karstökosystemen erfasste Arten wurden ebenfalls beschrieben und in den Schlüssel aufgenommen. Darüber hinaus wurde die wenig bekannte Untergattung Copris (Paracopris) zusammen mit der Beschreibung einer neuen Art aus Java (Indonesien) überprüft. Die Gattung Synapsis beinhaltet bemerkenswert große Dungkäfer die eine Körperlänge von bis zu 52 mm erreichen (z.B. S. tmolus Fischer, 1821). Weil Synapsis Arten hauptsächlich in südostasiatischen Tropenwäldern vorkommen könnten sie nützliche Bioindikatoren für ungestörte Wälder sein. Der Artenstatus bestimmter Taxa hat sich jedoch aufgrund unzureichend definierter Artengrenzen wiederholt verändert. In Kapitel 4 haben wir daher einen gründlich überarbeiteten und neu illustrierten Schlüssel mit Diagnosen aller weltweit bekannten Synapsis-Arten vorgestellt, die auf morphologischen Untersuchungen einer großen Anzahl von Typus-Exemplaren in europäischen Naturkundemuseen basieren. Darüber hinaus wurden eine neue Art und eine seltene Art der Gattung Synapsis aus den Karstökosystemen neu beschrieben. UNSPECIFIED
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Bui, Van Bac buibac80@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-95949
Date:	10 April 2019
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Zoologisches Institut
Subjects:	Natural sciences and mathematics Agriculture
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language forest conversion, coprophagous beetles, community composition, abundance, biomass, species richness, indicator species, biological conservation English tunnelers; biomass, body length; trait-based approach, co-inertia analysis (RLQ); fourth-corner method; ecosystem services, dung removal, functional diversity English
Date of oral exam:	6 May 2019
Referee:	Name Academic Title Bonkowski, Michael Prof. Dr. Arndt, Hartmut Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/9594