Testing the contribution of vertebrate predators and leaf traits to mainland-island differences in insect herbivory on oaks

Abstract

Ecological theory predicts that herbivory should be weaker on islands than on mainland based on the assumption that islands have lower herbivore abundance and diversity. However, empirical tests of this prediction are rare, especially for insect herbivores, and those few tests often fail to address the mechanisms behind island-mainland divergence in herbivory. In particular, past studies have not addressed the relative contribution of top-down (i.e. predator-driven) and bottom-up (i.e. plant-driven) factors to these dynamics. To address this, we experimentally excluded insectivorous vertebrate predators (e.g. birds, bats) and measured leaf traits associated with herbivory in 52 populations of 12 oak (Quercus) species in three island-mainland sites: The Channel Islands of California vs. mainland California, Balearic Islands vs. mainland Spain, and the island Bornholm vs. mainland Sweden (N = 204 trees). In each site, at the end of the growing season, we measured leaf damage by insect herbivores on control vs. predator-excluded branches and measured leaf traits, namely: phenolic compounds, specific leaf area, and nitrogen and phosphorous content. In addition, we obtained climatic and soil data for island and mainland populations using global databases. Specifically, we tested for island-mainland differences in herbivory, and whether differences in vertebrate predator effects or leaf traits between islands and mainland contributed to explaining the observed herbivory patterns. Supporting predictions, herbivory was lower on islands than on mainland, but only in the case of Mediterranean sites (California and Spain). We found no evidence for vertebrate predator effects on herbivory on either islands or mainland in any study site. In addition, while insularity affected leaf traits in some of the study sites (Sweden-Bornholm and California), these effects were seemingly unrelated to differences in herbivory. Synthesis. Our results suggest that vertebrate predation and the studied leaf traits did not contribute to island-mainland variation patterns in herbivory, calling for more nuanced and comprehensive investigations of predator and plant trait effects, including measurements of other plant traits and assessments of predation by different groups of natural enemies.La teor & iacute;a ecol & oacute;gica predice que la herbivor & iacute;a ha de ser m & aacute;s d & eacute;bil en las islas que en el continente, ya que las islas tienen una menor abundancia y diversidad de herb & iacute;voros. Sin embargo, todav & iacute;a no contamos con suficiente evidencia emp & iacute;rica que apoye estas predicciones, especialmente en lo que se refiere a la herbivor & iacute;a por insectos, y los pocos estudios que existen a menudo no abordan los mecanismos que generan estos patrones de divergencia entre islas y continente en los niveles de herbivor & iacute;a. En particular, las investigaciones previas no han examinado la contribuci & oacute;n relativa de las fuerzas top-down (es decir, efectos mediados por los depredadores) y bottom-up (es decir, efectos mediados por los rasgos funcionales de las plantas) en estas din & aacute;micas. En este trabajo, excluimos experimentalmente a depredadores insect & iacute;voros vertebrados (p. ej., aves, murci & eacute;lagos) y medimos rasgos foliares asociados con la herbivor & iacute;a en 52 poblaciones de 12 especies de robles (Quercus) en tres sitios insulares y continentales: las Islas del Canal de California vs. California continental, las Islas Baleares vs. Espa & ntilde;a continental, y la isla de Bornholm vs. Suecia continental (N = 204 & aacute;rboles). En cada sitio, al final de la & eacute;poca de crecimiento, medimos el da & ntilde;o foliar causado por insectos herb & iacute;voros en ramas control vs. ramas con exclusi & oacute;n de depredadores, y medimos diferentes rasgos foliares, en particular, la concentraci & oacute;n de compuestos fen & oacute;licos, el & aacute;rea foliar espec & iacute;fica y el contenido de nitr & oacute;geno y f & oacute;sforo. Adem & aacute;s, obtuvimos datos clim & aacute;ticos y de suelo de las poblaciones insulares y continentales utilizando bases de datos globales. Espec & iacute;ficamente, evaluamos los efectos de la insularidad sobre la herbivor & iacute;a y si exist & iacute;an patrones contrastados de los efectos de depredaci & oacute;n y expresi & oacute;n de rasgos foliares entre islas y continentes que contribuyesen a explicar los patrones observados en la herbivor & iacute;a. De acuerdo con la teor & iacute;a ecol & oacute;gica, la herbivor & iacute;a fue menor en las islas en comparaci & oacute;n con el continente, pero solo en el caso de los sitios mediterr & aacute;neos (California y Espa & ntilde;a). No encontramos evidencia de efectos de los depredadores sobre la herbivor & iacute;a en ninguno de los sitios de estudio, ya sea en las islas o en el continente. Adem & aacute;s, aunque la insularidad afect & oacute; a la expresi & oacute;n de rasgos foliares en algunos de los sitios de estudio (Suecia-Bornholm y California), estos efectos no estuvieron aparentemente relacionados con las diferencias observadas en la herbivor & iacute;a. S & iacute;ntesis. Nuestros resultados sugieren que la depredaci & oacute;n por vertebrados y los rasgos foliares estudiados no contribuyeron a los patrones de variaci & oacute;n entre islas y continente observados en los niveles de herbivor & iacute;a, lo que plantea la necesidad de investigaciones m & aacute;s exhaustivas que incluyan la evaluaci & oacute;n de otros rasgos funcionales y evaluaciones de la depredaci & oacute;n por otros grupos de enemigos naturales de los herb & iacute;voros.

Keywords

bottom-up effects; chemical defences; island-mainland comparisons; multi-trophic interactions; plant-herbivore interactions; top-down effects; vertebrate predators

Published in

Journal of Ecology
2024
Publisher: WILEY

SLU Authors

• Stenberg, Johan A.

  • Department of Plant Protection Biology, Swedish University of Agricultural Sciences
    

UKÄ Subject classification

Ecology

Publication identifier

• DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2745.14444

Permanent link to this page (URI)

https://res.slu.se/id/publ/139468