Diet and isotopic niche of insectivorous birds in montado and their potential role in pest regulation

Dissertação de mestrado em Ecologia, apresentada ao Departamento de Ciências da Vida da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraRecent decline or loss of vigour of the montado, an agro-silvo-pastoral system characterized by an open tree layer dominated by Quercus suber and Quercus rotundifolia trees with an understory composed by shrubs and herbs, has threatened it maintenance the last decades, due to biotic and abiotic factors. These factors include insect pest species known to feed on or affect leaves, bark, wood or seeds of the trees. Insectivorous birds, such as the Blue tit (Cyanistes caeruleus), Great tit (Parus major) and Nuthatch(Sitta europaea), are known to prey on insect pest species in many forest habitats worldwide, however its potential role in controlling insect pest species of the montado is poorly understood. Recent development in stable isotope analysis (SIA) allows us to compare the diet and isotopic niche of these three species. This enabled us to study in detail, the foraging ecology of these bird species in the montado and their role in controlling insect pest species. We sampled nestlings’ diet, during two consecutive years using the ligaturemethod technique, and identified arthropods present in diet samples to family level, whenever possible. Tertiary feathers of late nestlings and samples of their prey were collected for carbon and nitrogen SIA, to estimate the diet and trophic niche of the three bird species, using SIAR and SIBER packages in R software. Lepidoptera and Araneae were the most preyed items by all bird species in the two study years. We found significant differences in the annual diet between the three bird species for some arthropod orders such as Coleoptera and Araneae but not for Lepidoptera. Some potential insect pest species, such as Noctuidae, were also predated by all bird species, but the Blue tit was the most likely species to predate on insect pest species, mainly larvae of defoliator Lepidoptera. Individuals of Lymantria dispar, a well-known pest species, were identified in the diet of Great tit and Nuthatch, in 2013. Isotopic niche results showed clear differences in size and niche overlaying among the three bird species.Our results show that diet of nestlings of the three bird species is in accordance with previous studies and that the main prey is Lepidoptera, which should be the most available prey during the breeding season. Because most Lepidoptera larvae are known defoliators, their strong predation by our study bird species indicates their potential role as controllers of insect pest species. Estimates of diet using SIA were a good complement to traditional diet identification, enhancing the importance of some insect families in relation to diet samples analysed. Results obtained for isotopic niche were also expected due to differences in foraging behaviour among the three bird species, explaining differences in predation of some insect orders, such as Coleoptera by Nuthatch, Lepidoptera by Blue tit and Orthoptera by Great tit. The Blue tit feeds mainly on tree foliage branches and twigs, and appears to be the most important predator of defoliator larvae, although the other two species may also be important. Our study suggest that the studied bird species have a potential role in controlling insect pest species, and SIA can be a helpful method to better understand the diet of terrestrial insectivorous bird species and in discriminating theirtrophic niche.O recente declínio ou perda de vigor do montado, um sistema agro-silvopastoril caracterizado por um estrato arbóreo dominado por Quercus suber e Quercus rotundifolia com um coberto sub-arbustivo composto por arbustos e ervas, tem ameaçado a sua manutenção nas últimas décadas devido a factores bióticos e abióticos. Estes factores incluem espécies de insectos pragas que alimentam de ou afectam folhas, cortiça, madeira ou sementes das árvores. Espécies de aves insectívoras, tais como Chapim-azul (Cyanistes caeruleus), Chapim-real (Parus major) e Trepadeira-azul (Sitta europaea), são conhecidos predadores de pragas em vários habitats florestais a nível mundial, contudo o seu papel como potenciais controladores de pragas do montado é pouco estudado. Recentes desenvolvimentos em análise de isótopos estáveis (SIA) permitem estudar e inferir a dieta e nicho trófico de aves. Este método possibilita que estudemos, com maior foco, a ecologia trófica das aves do montado e o seu papel como predadores de pragas. Amostrámos dieta de crias no ninho durante dois anos consecutivos, usando o método-do-colar e identificando os itens presentes nas amostras de dieta até ao nível taxonómico de família, sempre que possível. Penas terciárias das crias e amostras de dieta foram recolhidas para análise de isótopos estáveis de carbono e azoto, para estimar a dieta e nicho trófico das três espécies de aves, usando os pacotes SIAR e SIBER no software R. Foram obtidas diferenças significativas na dieta anual das três espécies de aves para ordens de artrópodes tais como Coleoptera e Araneae, mas para Lepidoptera não foram obtidas quaisquer diferenças. Lepidoptera e Araneae foram as ordens mais predadas pelas três espécies de aves durante os dois anos. Alguns indivíduos considerados potenciais pragas, tais como os dafamília Noctuidae, também foram predados pelas três espécies de aves, mas principalmente por Chapim-azul, que apresenta assim o maior potencial como espécie predadora de espécies praga, principalmente larvas desfolhadoras de Lepidoptera. Indivíduos de Lymantria dispar,uma conhecida espécie praga, foram identificados na dieta de Chapim-real e Trepadeira-azul, ambos em 2013. Resultados referentes ao SIBER revelaram diferenças no tamanho e sobreposição dos nichos das três espécies de aves, havendo diferenças para carbono e azoto, os dois isótopos estáveis usados neste estudo. Os resultados obtidos da dieta das três espécies de aves estão de acordo com estudos anteriores, e a principal presa das três espécies são larvas de Lepidoptera. Durante a época reprodutora, este deverá ser otipo de presa mais disponível. Sendo a maior parte das larvas de Lepidoptera conhecidos desfolhadores, a sua predação pelas aves indica que estas poderão ser potencias controladores de espécies praga. Estimativas do SIAR revelaram ser um bom complemento ao método tradicional de análise de dieta, estando de acordo com os resultados da análise de dieta para algumas famílias e aumentado a importância de outras relativamente à analise das dietas. Os resultados obtidos relativamente ao SIBER eram esperados devido a diferenças nos hábitos de forageamento das três espécies, explicando também a diferenças obtidas na predação de diferentes ordens, tais como Coleoptera por Trepadeira-azul, Lepidoptera por Chapim-azul e Chapim-real e Orthoptera por Chapim-real. O Chapim-azul usa alimenta-se sobretudo nas folhas e ramos finos das arvores, sendo mais provável que prede larvas desfolhadoras de Lepidoptera. Este estudo sugere que as três espécies de aves estudadas apresentam potencial como controladoras de pragas do montado e que SIA é um método útil como complemento de métodos tradicionais para obter uma melhor compreensão da dieta de aves insectívoras terrestres e também para inferir e distinguir entre os seus nichos tróficos