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Biodiversity and multifunctionality in Amazonian cacao agroforests
linking local and landscape-level management
Pablo Aycart Lazo
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doctor of Philosophy-Doktoratsstudium Naturwissenschaften (Lebenswissenschaften): Biologie
Betreuer*in
Stefan Dullinger
Mitbetreuer*in
Bea Maas
DOI
10.25365/thesis.81335
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27211.03253.539129-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Vereinbarkeit von Nahrungsmittelproduktion mit dem Erhalt der Biodiversität in megadiversen tropischen Landschaften stellt eine der zentralen Herausforderungen zur Bewältigung der aktuellen Aussterbekrise dar. Die Identifizierung sozio-ökologisch tragfähiger Anbausysteme ist für die Erreichung dieses Ziels unerlässlich. Kakao-Agroforstsysteme integrieren verschiedene Baumarten (Schattenbäume) in den Kakaoanbau und bieten damit vielfältige Vorteile für die Resilienz der Nutzpflanzen sowie den Schutz der biologischen Vielfalt in tropischen Agrarlandschaften. Diese Vorteile werden durch die Diversität der Schattenbäume und die strukturelle Komplexität beeinflusst, welche die Biodiversität im Agroforst sowie Ökosystemleistungen – wie die durch Vögel und Fledermäuse vermittelte Schädlingsbekämpfung – modifizieren. Darüber hinaus prägt der Landschaftskontext die Gemeinschaftszusammensetzung der Agroforstsysteme, indem Arten basierend auf ihren funktionellen Merkmalen in den regionalen Artenpool gefiltert werden. Dennoch ist bisher unzureichend erforscht, wie das Agroforstmanagement die Biodiversität unter variierenden landschaftlichen Bedingungen beeinflusst. Zudem wurde die Biodiversität in Kakao-Agroforstsystemen Amazoniens trotz der immensen ökologischen Bedeutung der Region und ihrer Bedrohung nur selten untersucht. Um eine breite Akzeptanz und langfristige Nachhaltigkeit zu gewährleisten, müssen biodiversitätsfreundliche Agroforstpraktiken und Landschaftsgestaltungen den ökologischen Naturschutz mit den ökonomischen Realitäten kleinbäuerlicher Produktion in Einklang bringen. Daher sind Studien, die lokale und landschaftsübergreifende Managementeffekte auf die Biodiversität und die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit integrieren, essenziell, um die tropische Agroforstwirtschaft zu höheren sozio-ökologischen Standards zu führen. Die vorliegende Dissertation zielt darauf ab, diese Wissenslücken zu schließen, indem sie Managementpraktiken auf lokaler und landschaftlicher Ebene für eine nachhaltige Kakaoproduktion im Amazonasbecken identifiziert. Hierfür wurden 28 ökologische Kakao-Agroforstsysteme entlang von Gradienten der Schattenbaum-Struktur und der umgebenden Landschaftskomplexität in zwei Regionen mit gegensätzlicher landwirtschaftlicher Intensität im nördlichen peruanischen Amazonasgebiet ausgewählt. In jedem System wurden umfassende Biodiversitätserhebungen durchgeführt, wobei der Schwerpunkt auf Vogel- und Fledermausgemeinschaften sowie deren Ökosystemleistungen lag. Kapitel 1 liefert neue Erkenntnisse darüber, wie lokale Managementeffekte auf Vogel- und Fledermausgemeinschaften in Abhängigkeit vom Landschaftskontext variieren. Es zeigte sich, dass eine hohe lokale Schattenbaum-Diversität den Artenreichtum und die Abundanz von Vögeln erhöhte, jedoch nur in der intensiv bewirtschafteten Region. Zudem hatte der Kronenschluss der Schattenbäume gegensätzliche Auswirkungen: In offeneren Landschaften wirkte er sich negativ auf den Vogelreichtum, die Abundanz und die Fledermausaktivität aus, während in waldreichen Landschaften positive Effekte beobachtet wurden. Diese Multiskalen-Studie unterstreicht, dass eine Anpassung des Agroforstmanagements an den umgebenden Landschaftskontext die Diversität von Vögeln und Fledermäusen sowie deren Ökosystemleistungen signifikant steigern kann. Kapitel 2 untersucht, wie die Landschaftsstruktur die taxonomische, funktionelle und phylogenetische Diversität von luftjagenden insektenfressenden Fledermäusen sowie Blattnasenfledermäusen (Phyllostomidae) prägt und welche Implikationen dies für die Prädation von Arthropoden und die Samenausbreitung hat. Dabei wurde auch analysiert, wie die multidimensionale Diversität beider Fledermausgruppen unter zukünftigen Szenarien der Ausweitung und Intensivierung von Ackerflächen sowie unter einem alternativen Szenario der Wiederbewaldung beeinflusst werden könnte. Basierend auf den Ergebnissen wurden spezifische Interventionen auf Landschaftsebene identifiziert – etwa die Bevorzugung von Agroforstsystemen gegenüber Monokulturen –, um einer Homogenisierung von Fledermausgemeinschaften entgegenzuwirken und deren Ökosystemleistungen zu sichern. Kapitel 3 synthetisiert einen der umfassendsten Datensätze, die jemals in tropischen Agroforstsystemen erhoben wurden, um den Einfluss des lokalen und landschaftsweiten Managements auf Biodiversität, Ökosystemleistungen, Schädlings- und Krankheitsbefall, Bodenfruchtbarkeit, Mikroklima und Kakaoproduktivität zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Erhöhung der vertikalen und räumlichen Heterogenität der Schattenbäume, kombiniert mit Waldschutz und der Förderung von Agroforstwirtschaft auf Landschaftsebene, gleichzeitig den Naturschutz und den wirtschaftlichen Nutzen für Kleinbauern optimiert. Zudem verdeutlichten Ausschluss-Experimente, dass die durch Vögel und Fledermäuse vermittelte biologische Schädlingsbekämpfung landschaftsabhängig ist und die Kakaoerträge in Landschaften mit 30–40 % Waldanteil und weiteren 40–45 % baumbestandenen Landnutzungsformen verdoppeln kann. Abschließend lässt sich festhalten, dass eine nachhaltige Kakaoproduktion in megadiversen tropischen Regionen die Integration von Managementansätzen auf Parzellen- und Landschaftsebene erfordert. Um den Artenschutz und die Bereitstellung von Ökosystemleistungen zu sichern, müssen Maßnahmen implementiert werden, die den Schutz und die Wiederherstellung von Wäldern mit der Förderung von Agroforstpraktiken in der breiteren Landschaft kombinieren. Die Einbindung dieser empirischen Evidenz in kollaborativ entwickelte Managementprotokolle und maßgeschneiderte politische Strategien würde den Fortschritt zur Sicherung der Ernährungssouveränität und der ökologischen Resilienz tropischer Agrarlandschaften maßgeblich unterstützen.
Abstract
(Englisch)
Reconciling food production and biodiversity conservation in megadiverse tropical landscapes is one of the main challenges in tackling the current extinction crisis. Identifying socio-ecologically viable farming systems is essential to meet this goal. Cacao agroforests integrate different tree species (i.e., shade trees) into cacao crops, providing several benefits for crop resilience and biodiversity conservation in tropical agricultural landscapes. Such conservation benefits are influenced by shade-tree diversity and structural complexity, which moderate agroforest biodiversity and ecosystem services such as bird- and bat-mediated pest control. Additionally, the landscape context of the agroforests shapes their community composition by filtering species into metacommunities based on their functional traits. However, how shade-tree management affects agroforest biodiversity under varying landscape contexts remains understudied. Moreover, biodiversity in Amazonia cacao agroforests has been rarely assessed despite the huge ecological importance of the region and the threats it faces. To ensure broad adoption and long-term sustainability, biodiversity-friendly agroforestry practices and landscape designs must align ecological conservation with the economic realities of smallholder production. Therefore, studies integrating local and landscape-scale management effects on agroforest biodiversity and economic performance are essential to advance tropical agroforestry towards higher socio-ecological standards. This thesis aims to fill these gaps by identifying local and landscape-level management practices for sustainable cacao production in Amazonian landscapes. To achieve this goal, we selected 28 organic cacao agroforests following gradients of shade-tree canopy structure and surrounding landscape complexity in two regions with contrasting levels of agricultural intensity in the northern Peruvian Amazon. In each agroforest, we conducted comprehensive biodiversity surveys, with a primary focus on bird and bat assemblages and their ecosystem services. Chapter 1 provides novel insights into how local shade-tree management effects on bird and bat assemblages in cacao agroforests can vary depending on their landscape context. We found that local shade-tree diversity increased bird richness and abundance, but only in the intensively farmed region. Additionally, shade-tree canopy cover had contrasting effects: it negatively impacted bird richness, abundance, and bat activity in agroforests embedded in more open landscapes, but positively in those surrounded by tree-covered landscapes. The results from this multi-scale study highlight how tailoring agroforestry management to the surrounding landscape context can enhance bird and bat diversity, as well as their expected ecosystem services, in cacao agroforests. Chapter 2 assesses how landscape structure shapes the taxonomic, functional and phylogenetic diversity of aerial insectivorous and phyllostomid bats in cacao agroforests, and its potential implications for bat-mediated arthropod suppression and seed dispersal. Here, we also explored how the multidimensional diversity of both bat groups and their potential ecosystem services may be affected in the future under the ongoing cropland expansion and intensification in the study area, and under an alternative scenario of cropland reforestation. Based on our findings, we identified specific landscape-level interventions, such as promoting agroforestry over monoculture expansion, that are expected to prevent the homogenization of bat assemblages and safeguard their ecosystem services in cacao agroforests. Finally, Chapter 3 synthesizes one of the most comprehensive datasets ever collected in tropical agroforests to analyze how local and landscape-scale management influenced biodiversity, ecosystem services, pest and disease incidence, soil fertility, microclimate and cacao productivity. The results from this chapter indicate that increasing the vertical and spatial heterogeneity of shade trees, alongside forest preservation and the promotion of agroforestry at the landscape-scale, simultaneously optimizes biodiversity conservation and smallholder economic benefits. Furthermore, the exclusion experiment presented in this chapter revealed that bird and bat-mediated biocontrol services are landscape-dependent and can double cacao yields in landscapes with 30–40% forest cover and an additional 40–45% cover of other tree-based land uses. In conclusion, the results of this thesis show that sustainable cacao production in megadiverse tropical regions requires the integration of agroforest- and landscape-scale management. To ensure species conservation and the provision of ecosystem services in cacao agroforests, it is essential to implement measures that combine the protection and restoration of forests with the promotion of agroforestry practices at the broader landscape scale. Incorporating this empirical evidence into collaboratively developed management protocols and tailored policies for sustainable agriculture would support progress towards safeguarding food security and the ecological resilience of tropical agricultural landscapes.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Agrarökologie Ökosystemleistungen Landschaftsökologie Theobroma cacao Tropenökologie Nachhaltige Entwicklung
Schlagwörter
(Englisch)
Agroecology Ecosystem services Landscape ecology Theobroma cacao Tropical ecology Sustainable development
Autor*innen
Pablo Aycart Lazo 
Haupttitel (Englisch)
Biodiversity and multifunctionality in Amazonian cacao agroforests
Hauptuntertitel (Englisch)
linking local and landscape-level management
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
158 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Daniel Garcia ,
Ivette Perfecto
AC Nummer
AC17909309
Utheses ID
80222
Studienkennzahl
UA | 794 | 685 | 437 |