Experimental evidence that nest orientation influences microclimate in a temperate grassland

Abstract

Birds exhibit an assortment of behavioral strategies to cope with variable environmental conditions during reproduction, including altering nest construction behaviors. In species building enclosed domed nests, the microclimate within nests is influenced not only by its structure and the surrounding vegetation but also by the orientation of the nest opening. Many grassland-dependent birds build dome-shaped nests with clear directionality of openings. We studied two species in northeastern Kansas, United States that typically orient their nests east to northeast in this region. However, in a drought year, both Grasshopper Sparrows (Ammodramus savannarum) and Eastern Meadowlarks (Sturnella magna) shifted orientations of their nests southward toward prevailing winds. We hypothesized that this shift reduced the deleterious effects of heat stress on parents and developing young by diminishing morning solar radiation and increasing cooling due to the prevailing southerly winds. To test this hypothesis, we measured temperature, humidity, and wind speed at pairs of unoccupied, field-collected sparrow and meadowlark nests, experimentally placed to face south or east (control) in a non-drought year. Nest orientation affected the daily microclimate patterns, with south-facing nests warming later in the day relative to east-facing nests. The temperature differences depended upon humidity, with south-facing nests being relatively cooler under more humid conditions. This work provides the first experimental evidence of the benefits of plasticity in nest construction under challenging thermoregulatory conditions and shows how ground-nesting birds may reduce thermoregulatory demands during incubation under climate variation.RESUMEN. Las aves exhiben una variedad de estrategias de comportamiento para hacer frente a las condiciones ambientales variables durante la reproducción, incluyendo la alteración de los comportamientos de construcción de nidos. En las especies que construyen nidos con forma de domo cerrado, el microclima dentro de los nidos está influenciado no sólo por su estructura y la vegetación circundante, sino también por la orientación de la abertura del nido. Muchas aves que dependen de los pastizales construyen nidos en forma de domo con una clara direccionalidad de las aberturas. Estudiamos dos especies en el noreste de Kansas, Estados Unidos, que típicamente orientan sus nidos de este a noreste en esta región. Sin embargo, en un año de sequía, tanto el Chingolo saltamontes (Ammodramus savannarum) como el Chirlobirlo (Sturnella magna) cambiaron la orientación de sus nidos hacia el sur, hacia los vientos predominantes. Hipotetizamos que este cambio redujo los efectos nocivos del estrés por calor en los padres y en los jóvenes en desarrollo, al disminuir la radiación solar matutina y aumentar el enfriamiento debido a los vientos predominantes del sur. Para probar esta hipótesis medimos la temperatura, la humedad y la velocidad del viento en pares de nidos desocupados de chingolos y chirlobirlos recolectados en el ca...