Nahrungsnetzdynamik und biologische Schädlingskontrolle

Die biologische Regulation von Schädlingen ist von großer Bedeutung um den Einsatz von Pestiziden in der Landwirtschaft zu verringern. Dieser Ökosystemservice wird durch natürlich vorkommende Gegenspieler von Schädlingen bereitgestellt. Die Auswirkung von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf die Effizienz der biologischen Kontrolle ist jedoch schwer vorhersagbar. Dies liegt an der vielfältigen Weise wie dieser Service entstehen kann; z.B. können natürliche Gegenspieler komplementäre Rollen haben und ihr Verhalten, je nach Umweltbedingungen, verändern. Die Effizienz der biologischen Kontrolle ist daher durch einer kontinuierlichen Veränderung der Beziehungen und Verhaltensweisen zwischen den Gegenspielern unterworfen. Solche zeitliche Veränderungen im Verhalten und ihr Effekt auf die biologische Schädlingsregulation sind jedoch bis jetzt nur sehr unzureichend untersucht. Dieses Projekt untersucht dies indem über den zeitlichen Verlauf untersucht wird wie sich die Interaktionen der Gegenspieler verändern und wie sich dies auf die Zuverlässigkeit und Effizienz der Kontrolle von Schädlingen auswirkt. Da wahrscheinlich die Stärker der Konkurrenz zwischen den Gegenspielern das Niveau der biologischen Kontrolle bestimmt, werden wir die Verfügbarkeit der Ressourcen manipulieren, insbesondere die Verfügbarkeit von Schädlingen und anderer Beute. Dies wird durch den Einsatz von Mistdüngung bzw. ungedüngten Kontrollen bewerkstelligt. Da Blattläuse weltweit zu den bedeutendsten Schädlingen gehören, werden von diesen Insekten befallene Getreidefelder als Modellsystem benutzen. Blattläuse werden von zahlreichen Gegenspielern attackiert, u.a. Parasitoiden als auch spezialisierte und generalistische Raubarthropoden. Es ist zu erwarten, dass die Interaktionen in diesen Gemeinschaften komplex sind und die Effizienz der Kontrolle von Blattläusen über viele Wege beeinflusst wird weshalb wir einen Nahrungsnetzansatz verwenden um diese Beziehungen zu analysieren. Mittels molekularer Methoden werden dazu die Nahrungsinteraktionen zwischen Schädlingen, Parasitoiden, Raubarthropoden und alternativer Beute zeitlich hoch aufgelöst bestimmt um vier Zielsetzungen anzusprechen: 1) Erstellung von Zeitserien-Nahrungsnetzen in replizierten Feldern während des der Phase des Getreidewachstums. 2) Quantifizierung der Düngungseffekte auf Veränderungen in den Nahrungsnetzen und das Niveau der biologischen Kontrolle. 3) Identifikation jener Gegenspieler welche am wichtigsten für die Kontrolle sind und Bestimmung von Zeitpunkten und Nahrungsnetzkonfigurationen welche kritisch für diesen Service sind. 4) Bestimmung von sensitiven Perioden welche zu einem direkten oder auch späteren Verlust der biologischen Kontrolle führen. Die Erkenntnisse dieser Untersuchungen werden die biologische Regulation von Schädlingen besser vorhersagbar machen und zeigen wie über organische Düngung dieser wichtige Ökosystemservice maximiert werden kann.

Nahrungsnetzdynamik und biologische Schädlingskontrolle Um den Pestizideinsatz in der Landwirtschaft zu reduzieren sind Schädlingsregulationstaktiken, die natürliche Gegenspieler von Schädlingen nutzen, von großem Interesse. Die Wirksamkeit der biologischen Schädlingsregulation hängt jedoch von vielen Faktoren ab, was die Wirksamkeit dieser Ökosystemdienstleistung schwer vorhersagbar macht. Insbesondere die zeitlichen Veränderungen in den Nahrungsnetzen und ihre Auswirkungen auf die biologische Schädlingsbekämpfung wurden bisher nur unzureichend untersucht. Dieses Projekt befasst sich damit, indem es - im Laufe der Zeit - experimentell untersucht, wie Interaktionen innerhalb der Gemeinschaft von Schädlingsantagonisten mit der biologischen Schädlingsregulation zusammenhängen. Über zwei Jahre haben wir einen hochauflösenden Zeitreihendatensatz für Invertebratengemeinschaften in drei replizierten Getreidefeldern erstellt und die Nahrungswahl von generalistischen Räuber mithilfe von DNA-Techniken gemessen. Zusätzlich wurde die Wirkung der organischen Düngung auf Beuteverfügbarkeit, Räuberkonkurrenz und Intraguild-Prädation getestet, indem in bestimmten Bereichen innerhalb jedes Felds Mist als Dünger hinzugefügt wurde. Wir fanden heraus, dass die organische Düngung positiv mit der Verfügbarkeit von Nicht-Schädlingsbeute und negativ mit Intraguild-Prädation korrelierte. Die Schädlingsausbreitung in der gedüngten Behandlung nahm ab, wenn die Intraguild-Predation geringer war, obwohl kein Effekt auf die Dichte der Getreideblattläuse festgestellt wurde. Die Spezialisierung auf Nahrungsnetzebene war während der Zwischensaison am niedrigsten und stand in keiner Korrelation mit der Düngung. Die Räubervielfalt war in der gedüngten Behandlung im ersten Jahr geringer und nahm im Laufe der Saison ab, während sie im zweiten Jahr langsam anstieg, ohne dass die Düngung einen Effekt hatte. Die Beutevielfalt zeigte im Gegensatz dazu identische Trends und einen Höhepunkt während der Zwischensaison. Auch die Nahrungsnetzparameter unterscheiden sich zwischen den Jahren, wobei die gewichtete Konnektivität nur im zweiten Jahr mit der Zeit abnimmt. Sowohl das "rewiring" der trophischen Verbindungen als auch die Unterschiede in der Zusammensetzung der Gemeinschaften schwankten im zweiten Jahr stärker, wobei das rewiring fast immer höher war als die Unterschiede in der Gemeinschaftszusammensetzung. Unsere Ergebnisse zeigen, dass organische Düngung zur biologischen Schädlingsregulation beitragen kann, indem sie die Ausbreitung von Schädlingen auf den Feldern eindämmt. Die Unterschiede in der Nahrungsnetzwerkspezialisierung, der Artenspezialisierung und der Beutevielfalt deuten darauf hin, dass die Phänologie und nicht die Düngung der Auslöser für die Verhaltensänderungen bei den Raubarthropoden ist, wenn sie sich an die Verfügbarkeit an Beutetieren anpassen. Aus praktischer Sicht deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die frühe und späte Wachstumsperiode der Getreidepflanzen anfällige Zeiträume für die biologische Schädlingsbekämpfung sind, da das Verhalten der Raubarthropoden zu dieser Zeit am stärksten eingeschränkt ist und ihre Nahrungsüberschneidungen am geringsten sind. Unsere Ergebnisse zeigen auch, wie schnell sich Wirbellosengemeinschaften und Nahrungsnetze während der Saison ändern. Dies unterstricht den Bedarf an Zeitreihendaten zur genauen Darstellung der Dynamik in Nahrungsnetzen um ein besseres Verständnis der biologischen Schädlingsregulation zu erlangen.