Post‐fire succession in the plant–pollinator system in Mediterranean communities

Abstract

Fire is one of the most common disturbances worldwide influencing the evolution of organisms for millions of years and shaping plant and animal diversity. The Mediterranean region is one of the most fire-prone regions in the world, and fire is considered a key factor responsible for many of the present plant and animal adaptations and functional traits. This thesis focuses on the study of the responses of species diversity, abundance, and functional traits, as well as plant–pollinator interactions to fire. To this end, we used data collected in the ten first post-fire years (2013-2022) at four unburnt and nine burnt sites following a large-scale wildfire on Chios Island, Greece. Our results show that insect-pollinator and flowering plant communities were affected by the fire. In particular, beta diversity of the entomophilous plant communities increased at the burnt sites compared to the unburnt sites. Beta diversity peaked in the first year and slowly decreased after the fire. The fire favored the populations and the communities of the two most important guilds of pollinators, i.e. bees and hoverflies, with few exceptions. The abundance of both bee and hoverfly populations peaked in the first post-fire year but soon declined to numbers similar to those at the unburnt sites. Certain species were found to be favored under the post-fire conditions, as the fire favored the populations of species with specific functional traits in both bees and hoverflies. For hoverflies, the migratory multivoltine species were favored the most, while for bees, the below-ground nesters and polylectic species were favored the most. On the contrary, oligolectic and above-ground nesting bees were constrained by fire. Moreover, fire also had a positive effect on intra-specific traits. We found that the body size of the most common Lasioglossum bee after the fire was larger than that of individuals that had been fed with floral rewards just before the fire. Fire favored the populations of polylectic bees and made the hoverfly-plant networks less specialized. However, at the species level, we found that the populations of the two most common bee species were more consistent in their interactions with their plant partners in the burnt sites and showed a high dependence on specific plant species. Finally, the hoverfly–plant pollination networks were rather positively affected by fire as the networks at the burnt sites were larger, more nested, and less specialized compared with the unburnt ones. The results of the thesis indicate that the pollinator communities, the flowering plant communities, and the interactions between them are rather resilient to fire. Nevertheless, caution is needed as fires, are expected to become more severe, more frequent, with longer seasons, and be more challenging to control under the influence of climate change.

Η φωτιά είναι μία από τις πιο κοινές οικοσυστημικές διαταραχές σε παγκόσμιο επίπεδο, η οποία έχει επηρεάσει την εξέλιξη των ειδών και έχει συμβάλλει στην διαμόρφωση της χλωρίδας και της πανίδας. Οι περιοχές με Μεσογειακό κλίμα, και ιδιαίτερα η Μεσογειακή Λεκάνη, είναι μεταξύ των περιοχών που μπορούν να χαρακτηριστούν ως «επιρρεπείς στην φωτιά». Οι περιοχές αυτές έχουν διαμορφωθεί από τη φωτιά εδώ και χιλιετίες, γεγονός που έχει οδηγήσει σε πυροπροσαρμογή των ειδών. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στη μελέτη των επιπτώσεων της φωτιάς στους πληθυσμούς, την ποικιλότητα, τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των εντόμων-επικονιαστών, των ανθοφόρων φυτικών ειδών και των μεταξύ τους αλληλεπιδράσεων. Η έρευνα εστιάζει στα πρώτα, και πιο κρίσιμα για την αποκατάσταση των κοινοτήτων, μεταπυρικά έτη έπειτα από περιστατικό φωτιάς μεγάλης κλίμακας και έχει πραγματοποιηθεί στο νησί της Χίου. Οι δειγματοληψίες έγιναν κατά τα πρώτα δέκα μεταπυρικά έτη (2013-2022) σε 13 περιοχές δειγματοληψίας εκ των οποίων οι τέσσερις ήταν άκαυτες και οι εννιά καμένες. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μελέτης, οι κοινότητες των εντόμων-επικονιαστών αλλά και των ανθοφόρων φυτών επηρεάστηκαν από την φωτιά. Συγκεκριμένα, οι καμένες εντομόφιλες φυτοκοινότητες είχαν υψηλότερη β-ποικιλότητα σε σύγκριση με τις άκαυτες. Η μέγιστη τιμή β-ποικιλότητας καταγράφηκε κατά την πρώτη μεταπυρική χρονιά, ενώ σταδιακά μειώθηκε μετά τη φωτιά. Οι πληθυσμοί και οι κοινότητες των δύο κυριότερων ομάδων επικονιαστών, των μελισσών και των συρφίδων, ευνοήθηκαν από την φωτιά, με λίγες εξαιρέσεις. Οι πληθυσμοί τους ήταν μεγαλύτεροι στις καμένες περιοχές κατά την πρώτη μεταπυρική χρονιά, αλλά σύντομα μειώθηκαν και ήταν ανάλογοι των άκαυτων περιοχών. Η επίδραση ήταν εντονότερη σε συγκεκριμένα είδη και σχετίστηκε με λειτουργικά χαρακτηριστικά τους. Όσον αφορά τις συρφίδες, ευνοήθηκαν τα μεταναστευτικά είδη, όπως και αυτά που έχουν πολλές γενιές ανά έτος. Όσον αφορά τις μέλισσες, τα είδη που ευνοήθηκαν ήταν αυτά που κάνουν τις φωλιές τους υπογείως και τα πολύ-συλλεκτικά είδη. Αντίθετα τα ολιγο-συλλεκτικά και τα είδη που φωλιάζουν υπεργείως ήταν αυτά που επηρεάστηκαν αρνητικά από την φωτιά. Η φωτιά επηρέασε τα είδη που μελετήθηκαν και σε ενδο-ειδικό επίπεδο και η επίδραση ήταν θετική. Συγκεκριμένα, το μέγεθος σώματος των ατόμων του πιο κοινού είδους μέλισσας του γένους Lasioglossum ήταν μεγαλύτερο στις μεταπυρικές περιοχές, σε σχέση με τα άτομα που είχαν ανατραφεί με ανθικές παροχές που είχαν συλλεχθεί κατά την χρονιά αμέσως πριν τη φωτιά. Όσον αφορά την τροφική ειδίκευση, η φωτιά είχε θετική επίδραση στους πληθυσμούς των πολύ-συλλεκτικών μελισσών, με τις καμένες περιοχές να φιλοξενούν λιγότερο εξειδικευμένα δίκτυα σε σχέση με τις άκαυτες. Ωστόσο, σε ενδο-ειδικό επίπεδο βρέθηκε πως τα άτομα των δύο ποιο κοινών μελισσών ήταν πιο σταθερά στις σχέσεις τους με τα φυτά-εταίρους στις καμένες περιοχές στις οποίες εμφάνισαν και μεγαλύτερη εξάρτηση σε συγκεκριμένα φυτικά είδη. Τέλος, η φωτιά είχε μάλλον θετική επίδραση στα δίκτυα συρφίδων–φυτών καθώς οι καμένες περιοχές είχαν μεγαλύτερα και λιγότερο εξειδικευμένα δίκτυα, με αυξημένο εγκιβωτισμό σε σχέση με τις άκαυτες. Τα αποτελέσματα της διατριβής δείχνουν πως οι κοινότητες των επικονιαστών, των ανθοφόρων φυτών αλλά και οι μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις τείνουν να είναι ανθεκτικές στην φωτιά. Ωστόσο, χρειάζεται προσοχή καθώς, εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής, οι φωτιές τα επόμενα χρόνια αναμένεται να γίνουν μεγαλύτερες, σφοδρότερες, συχνότερες, ακόμη και σε περιόδους εκτός καλοκαιριού, και συνεπώς πιο δύσκολο να τεθούν υπό έλεγχο.