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Effects of landscape structure and light pollution on diversity, occurrence and daily activity of wintering birds in urban environments

Claudia Schütz

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium NAWI Bereich Lebenswissenschaften (Dissertationsgebiet: Biologie)

Betreuer*innen

Christian Schulze ,

Konrad Fiedler

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DOI

10.25365/thesis.54258

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-26054.50377.706453-2

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Urbanisierung stellt in unserer modernen Welt eine der größten Herausforderungen für den Schutz der Biodiversität dar. Neben dem Verlust und der Entwertung natürlicher Habitate, bringt sie ein hohes Maß an menschlicher Störung mit sich und setzt Organismen vermehrt Schadstoffen wie Lärm, nächtlicher Beleuchtung oder Chemikalien aus. Das städtische Umfeld scheint daher wenig attraktiv für die Vogelwelt zu sein. Tatsächlich zeigen Studien entlang von Urbanisierungsgradienten mit zunehmender Verstädterung eine Abnahme des Artenreichtums und eine Änderung in der Artenzusammensetzung von Vogelgemeinschaften. Den Urbanisierungsgrad im Rahmen solcher Studien zu quantifizieren ist schwierig, da städtische Ökosysteme durch komplexe Wechselbeziehungen sozialer, ökonomischer und ökologischer Einflussfaktoren charakterisiert sind. Wir untersuchten, ob Nachtlicht-Satellitenaufnahmen als integratives Maß für Urbanisierung genutzt werden können, um den menschlichen Einfluss und die damit verbundenen Konsequenzen auf den Artenreichtum von Vögeln zu erfassen. Lichtverschmutzung kann bei Vögeln eine zeitliche Verschiebung der täglichen Aktivitätsmuster verursachen. In einer weiteren Studie untersuchten wir, inwieweit dieser Effekt der Lichtverschmutzung von der Augengröße einzelner Vogelarten – als Indikator für visuelle Leistungsfähigkeit unter geringen Lichtintensitäten – abhängig ist. Unseres Wissens hat bisher noch keine Studie Lichtverschmutzung und Augengröße in multivariate Analysen integriert, um additive Effekte dieser beiden Variablen zu testen. Lichtverschmutzung wurde auf Basis zweier räumlicher Skalen erhoben: Neben Messungen von Himmelshelligkeit und Lichtintensität an den Kartierungspunkten, wurde Lichtverschmutzung auf regionaler Ebene anhand von Nachtlicht-Satellitenaufnahmen quantifiziert. Im Gegensatz zu den meisten anderen Studien, die die Effekte von Lichtverschmutzung auf den Aktivitätsbeginn von Vögeln untersuchten, berücksichtigte unsere Studie nicht nur die Gesangsaktivität, sondern fokussierte vielmehr auf den Aktivitätsbeginn während der Wintermonate. Innerhalb der, für die Avifauna unbehaglichen urbanen Matrix stellen Stadtparks Kerngebiete des Artenreichtums dar. Umso wichtiger ist es, Parameter, die den Artenreichtum dieser städtischen Grünflächen positiv beeinflussen, zu identifizieren. Nur dann können effiziente Managementmaßnahmen eingeleitet werden. Entsprechend untersuchten drei weitere Studien, welche Stadtparkcharakteristika die funktionelle Diversität von Vogelgemeinschaften sowie das Vorkommen von Waldarten wie Spechten und Greifvögeln fördern. Während die meisten Studien zur Avifauna in Stadtparks auf Kartierungen während der Brutzeit beruhen und überwiegend nur eine Saison abdecken, verwendeten wir Langzeitdaten überwinternder Vögel. Um den Effekt von Lichtverschmutzung und Augengröße auf den Aktivitätsbeginn von Vögeln zu untersuchen, wurden auf Wiener Stadtgebiet zwischen November 2014 und April 2015 an 84 zufällig ausgewählten Kartierungspunkten Punkttaxierungen durchgeführt. Alle anderen Studien basieren auf Vogelerhebungen, die bis zu 36 Stadtparks und bis zu sieben Winter abdecken. Die Ergebnisse unserer Studien zur Stadtökologie von Vögeln in Wien zeigen, dass nächtliche Beleuchtung den morgendlichen Aktivitätsbeginn von Vögeln beeinflusst. Gleichzeitig ist der Aktivitätsbeginn auch von zwischenartlichen Unterschieden in der Augengröße abhängig. Daher könnte Lichtverschmutzung die Zusammensetzung von urbanen Vogelgemeinschaften beeinflussen, falls Vögel mit großen Augen überproportional von einem früheren Aktivitätsbeginn in lichtverschmutzten Habitaten profitieren. Wie Studien bereits für die Brutsaison zeigten, stellt auch während der Wintermonate Parkgröße die treibende Kraft für den Vogelreichtum in Stadtparks dar. Mit zunehmender Parkgröße wird dabei nicht nur der Artenreichtum, sondern auch die funktionelle Diversität von Vogelgemeinschaften positiv beeinflusst. Des Weiteren profitieren im Winter auch spezialisierte Waldvogelarten wie Buntspecht, Mittelspecht und Sperber von großen Parks. Stadtparks, die hingegen in eine stark urbanisierte Matrix eingebettet sind, weisen geringe taxonomische und funktionelle Diversität in ihren Vogelgemeinschaften auf. Um daher den Vogelreichtum in der urbanen Landschaft zu bewahren sind große Stadtparks von wesentlicher Bedeutung. Da in Städten eine Vergrößerung von Stadtparks schwer zu realisieren ist, könnte die Einführung und Erhaltung von Korridoren wie Baumalleen entlang von Straßen oder eingestreute Grünflächen eine mögliche Alternative darstellen. Stadtparks, die in eine derart durchlässige Matrix eingebettet sind, fungieren dann nicht nur als Hotspots der Biodiversität, sondern fördern auch funktionell diverse Vogelgemeinschaften und bieten spezialisierten Waldvogelarten im Winter wichtige Zufluchtsorte. Sie tragen damit zur Förderung und Erhaltung von Biodiversität und Ökosystemfunktionen in unserer modernen, vom Menschen dominierten Landschaft bei.

Abstract

(Englisch)

Urbanisation is one of the biggest environmental challenges of our modern world for biodiversity conservation. Beside loss and degradation of natural habitats, it causes high levels of disturbance due to human activities and increases the exposure of organisms to pollutants such as noise, night-time lights or chemicals. Hence, the urban landscape seems to offer few favourable habitats for avian wild-life. Indeed, studies along urban-rural gradients show declining bird species numbers and changes in species composition from urban outskirts to city centres. However, quantifying the degree of urbanisation within city borders is intricate as urban ecosystems are characterised by complex interactions between social, economic and environmental variables. We evaluated the potential of night-time satellite images as a tool to integrate the large set of urbanisation metrics such as land use data or demographic measures into a single variable for assessing anthropogenic impact and its associated consequences on avian diversity. Light pollution has also been found to have profound effects on the timing of daily activity patterns in birds. In one of our studies we analysed to what extent artificial illumination differentially affects bird species with different visual capabilities, using their eye size as proxy. Until now to our knowledge no study included these two variables, light pollution and eye size, in multivariate analysis to test for their additive effects on birds’ daily activity patterns. Light pollution was quantified at two spatial scales. Besides measuring sky brightness and light intensity at the survey point level, night-time satellite images were used to quantify light pollution on a regional scale. In contrast to most of the other studies testing for effects of light pollution on activity patterns of birds, our study did not only focus on the singing behaviour. Rather, the start of bird activity was recorded during winter. Within the hostile urban matrix city parks represent hotspots of avian diversity. Therefore, identifying the key drivers for avian diversity within these urban green spaces is essential to ensure effective management measures. Thus, a further three studies analysed which city park characteristics promote functional diversity of bird communities and the occurrence of forest bird species such as woodpeckers and raptors. Whereas most studies on urban birds in city parks rely on surveys during breeding time, mainly covering one season, we used long-term data on wintering birds. To test for effects of light pollution and eye size on the activity start of birds, point counts were carried out between November 2014 and April 2015 at 84 randomly selected survey points within the city borders of Vienna. All other studies rely on bird surveys being carried out in up to 36 city parks of Vienna, covering up to seven winters. The results of our studies on the urban ecology of birds in Vienna show that altered light regimes in cities cause changes in the morning activity of birds. Moreover, the timing of activity patterns proved to be related to interspecific variations in eye size. Hence, light pollution could contribute to shape bird communities inhabiting urban environments if large-eyed birds benefit disproportionately from an earlier activity start in light polluted habitats. As for the breeding season, results reveal park size as the key driver for avian diversity within city parks during winter. Thereby, park area positively affects not only taxonomic but also functional diversity of bird communities. Furthermore, also specialist forest bird species such as Great Spotted Woodpecker, Middle Spotted Woodpecker and Eurasian Sparrowhawk benefit from large parks during the non-breeding season. Additionally, city parks embedded in a highly urbanised matrix show lower taxonomic and functional avian diversity. Hence, to preserve avian diversity within urban landscapes large city parks are of prime importance. As in cities an enlargement of city parks is difficult to realise, the implementation and maintenance of corridors such as alley trees along roads or scattered greenery may be a feasible alternative. Besides representing hot spots of biodiversity city parks embedded in a highly permeable urban matrix could also help to facilitate functional diverse bird assemblages and may represent important refuges for specialist forest birds during winter. As a consequence, they may contribute to promote and maintain biodiversity and ecosystem functions in our modern human-dominated landscapes.

Autor*innen

Claudia Schütz

Haupttitel (Englisch)

Effects of landscape structure and light pollution on diversity, occurrence and daily activity of wintering birds in urban environments

Paralleltitel (Deutsch)

Effekte von Landschaftsstruktur und Lichtverschmutzung auf Diversität, Vorkommen und tageszeitliche Aktivitätsmuster von überwinternden Vögeln im städtischen Umfeld

Publikationsjahr

2018

Umfangsangabe

103 Seiten : Illustrationen, Diagramme, Karten

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Franz Bairlein ,

Swen Renner

Klassifikation

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines

AC Nummer

AC15196231

Utheses ID

47945

Studienkennzahl

UA | 794 | 685 | 437 |

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Schlagwörter