Effect of eutrophication on plant-pollinator interactions of crop species

Abstract

O uso crescente de agroquímicos, sobretudo fertilizantes e pesticidas, torna-se cada vez mais um fator preocupante no que toca ao ténue equilíbrio entre estabilidade ecológica e expansão agrícola. Ainda mais quando a expansão de terras agrícolas e intensificação agrícola podem causar um impacto drástico na composição floral e disponibilidade de locais de nidificação e, por sua vez, alterar as interações planta-polinizador. Não são só as flores silvestres que dependem dos polinizadores, mas também as espécies agrícolas, já que uma esmagadora parte das espécies agrícolas são polinizadas pelos insetos e uma disrupção neste mutualismo também poderá causar uma disrupção na produção agrícola. Um aumento de nutrientes disponíveis no solo pode afetar os ecossistemas contíguos, e.g., sistemas de água doce, devido ao runoff de nutrientes, aumentando a eutrofização. Infelizmente, faltam-nos conhecimentos no que diz respeito ao impacto dos fertilizantes no comportamento e saúde de polinizadores. Como tal, o objetivo deste estudo foi avaliar como é que diferentes níveis de azoto (N) e fósforo (P) podem afetar características florais, como a produção de flores, e subsequentemente alterar as taxas de visita e produtividade em espécies agrícolas. As espécies foram selecionadas com base na sua capacidade de reterem azoto, portanto foram usadas espécies fixadoras de azoto (Vicia faba e Phacelia tanacetifolia) e não-fixadoras de azoto (Solanum lycopersicum). Os tratamentos resultaram de um design fatorial, entre três níveis de azoto (N) e dois de fósforo (P). Os resultados indicam que os efeitos dos fertilizantes são específicos das espécies e das doses usadas: em S. lycopersicum, os polinizadores visitaram mais plantas em solos com a dose recomendada de N e P; ao passo que V. faba e P. tanacetifolia não demonstraram diferenças significativas. Também foi demonstrado que a produção de frutos não foi afetada pelas taxas de visita dos polinizadores, apesar da produção de sementes poder potencialmente beneficiar do aumento de polinização. Deste modo, um uso crescente de fertilizantes para obter uma produção ótima poderá não ser a melhor abordagem a ter, já que a produção também vai depender de outros fatores, como a polinização. Para que possamos satisfazer as nossas necessidades alimentares, ao mesmo tempo que se salvaguarda a estabilidade ecológica, é necessário investigar mais como é que os diferentes fatores que envolvem as interações planta-polinizador e a eutrofização interagem nas diferentes espécies agrícolas.

The increased use of agrochemicals, mainly fertilizers and pesticides, is becoming a worrying trend in the precarious balance between ecological stability and agricultural expansion. The increased land use and agricultural intensification can impact drastically floral composition and nesting sites suitability and thus, mediate changes in plant-pollinator interactions. Not only wildflowers depend on pollinators but also crops, being that most of the crop species in the world are pollinated by insects and a disruption in this mutualism can also translate into disruption in crop production. An increase in nutrient availability in the soil can impact adjacent ecosystems, e.g., freshwater ecosystems, due to nutrient runoff, enhancing eutrophication. Unfortunately, there are quite some gaps in the knowledge we currently possess when it comes to fertilizer effects in pollinator behavior and health. Therefore, the objective of this study was to assess how different levels of nitrogen (N) and phosphorus (P) can affect flower characteristics, such as flower production, and subsequently affect pollinator visitation rates and yield in crop species. Crops were selected based on their nitrogen-fixing ability and thus, nitrogen-fixing (Vicia faba and Phacelia tanacetifolia) and non-nitrogen fixing (Solanum lycopersicum) species were used. Treatments consisted in a full factorial design between three levels of N and two levels of P. It was found that fertilizers effects on crops are species-specific and dose-specific: in S. lycopersicum, pollinator visits were higher in plants growing in soils with recommended dosages of N and P; while V. faba and P. tanacetifolia showed no significant differences. It was also found that fruit set was not affected by visitation rates, despite seed set can be potentially benefited from increased pollination. Therefore, increased use of fertilizers for maximum crop production might not be the best approach, as plant yield will also depend on insect visitation. In order to guarantee that our dietary needs are met, while also maintaining ecological stability, we need to further investigate how the different drivers surrounding plant-pollinator interactions and eutrophication act in various crop species.