Global effects of land-use intensity and exotic plants on the structure and phylogenetic signal of plant-herbivore networks.

Interactions between plants and herbivorous insects are often phylogenetically structured, with closely related insect species using similar sets of species or lineages of plants, while phylogenetically closer plants tend to share high proportions of their herbivore insect species. Notably, these phylogenetic constraints in plant-herbivore interactions tend to be more pronounced among internal plant-feeding herbivores (i.e., endophages) than among external feeders (i.e., exophages). In the context of growing human-induced habitat conversion and the global proliferation of exotic species, it is crucial to understand how ecological networks respond to land-use intensification and the increasing presence of exotic plants. In this study, we analyzed plant-herbivore network data from various locations of the World to ascertain the degree to which land-use intensity and the prevalence of exotic plants induce predictable changes in their network topology - measured by levels of nestedness and modularity - and phylogenetic structures. Additionally, we investigated whether the intimacy of plant-herbivore interactions, contrasting endophagous with exophagous networks, modulate changes in network structure. Our findings reveal that most plant-herbivore networks are characterized by significant phylogenetic and topological structures. However, neither these structures did not show consistent changes in response to increased levels of land-use intensify. On the other hand, for the networks composed of endophagous herbivores, the level of nestedness was higher in the presence of a high proportion of exotic plants. Additionally, for networks of exophagous herbivores, we observed an increase in the phylogenetic structure of interactions due to exotic host dominance. These results underscore the differential impacts of exotic species and land-use intensity on the phylogenetic and topological structures of plant-herbivore networks.

Future scenarios of land-use-cover effects on pollination supply and demand in São Paulo State, Brazil / Cenários futuros de mudanças de uso e cobertura do solo e seus efeitos sobre oferta e demanda de polinização no estado de São Paulo, Brasil

Abstract: Rapid land-use/land cover changes (LULCC) have led to habitat loss and fragmentation in the natural forest areas, which are mainly due to the intense and rapid expansion of urban areas and intense agricultural management. These processes are strongly threatening biodiversity maintenance and the ecosystem services provided by them. Among the ecosystem services under threat, pollination has been widely studied since this service is essential to promote food production and, therefore, human well-being. In a scenario of increasing LULCC it is crucial to understand the interplay between these changes, pollination demand by insect-dependent crops and pollinator availability to ensure these ecosystem services meet the increased demand for food production. In this study, we developed a conceptual model to disentangle the relationships between human-nature, especially LULCC, and its consequences, to the delivery of pollination service. We also presented a case study in the Brazilian São Paulo state, where we modeled the effects of predicted LULCC associated to agriculture expansion between the years 2012 and 2030 on pollinator demand by crops and pollinator supply, for fourteen economically important crops. Additionally, we systematized an expert-based Ecosystem Service matrix to estimate the influences of LULCC on the provision of pollination. Our results showed that by 2030, the demand for pollination will increase by 40% on average, while pollinator supply, estimated using suitability values for the different land-use/cover classes, will show, on average, a 3% decrease. Our results highlight the importance of considering the dialogue among stakeholders, governments, institutions, and scientists to find alternatives and strategies to promote pollinator-friendly practices and safeguard the provision of pollination services in a future under LULCC.

Resumo: As aceleradas mudanças de uso e cobertura do solo levaram à perda e fragmentação de habitat das florestas naturais, principalmente devido a uma intensa e rápida expansão de áreas urbanas e ao intensivo manejo agrícola. Esses processos ameaçam fortemente a manutenção da biodiversidade e os serviços ecossistêmicos associados. Entre os serviços ecossistêmicos ameaçados, a polinização tem sido amplamente estudada, pois se trata de um serviço essencial para a produção de alimentos e, consequentemente, para o bem-estar humano. Em um cenário de crescentes mudanças no uso e cobertura do solo, é crucial entender a interação entre essas mudanças, a demanda de polinização por culturas dependentes de insetos e a disponibilidade de polinizadores para garantir que esse serviço ecossistêmico atenda o aumento da demanda produtiva de alimentos. Neste estudo, desenvolvemos um modelo conceitual para evidenciar as relações homem-natureza, especialmente as consequências das mudanças de uso e cobertura do solo sobre a prestação do serviço de polinização. Nós também apresentamos um estudo de caso no estado brasileiro de São Paulo, onde modelamos os efeitos de mudanças de uso e cobertura do solo associados à expansão de agricultura entre os anos de 2012 e 2030 e as demandas e oferta de polinizadores por cultura, para quatorze culturas economicamente importantes. Além disso, sistematizamos uma matriz de serviços ecossistêmicos baseada em conhecimento de especialistas para estimar as influências das mudanças de uso e cobertura do solo na provisão do serviço de polinização. Nossos resultados mostraram que até 2030, a demanda por polinização aumentará em média 40%, enquanto a oferta de polinizadores estimada, usando valores de adequação para as diferentes classes de uso e cobertura do solo, terá uma redução média de 3%. Nossos resultados destacam a importância do diálogo entre agricultores e outros importantes agentes impulsionando as mudanças de uso do solo, governos, instituições e cientistas para encontrar alternativas e estratégias para promover práticas favoráveis aos polinizadores e salvaguardar a prestação de serviços de polinização em cenários futuros de mudanças de uso e cobertura do solo.