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Organic farming and generalist predator communities

Birkhofer, Klaus :
Organic farming and generalist predator communities.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2007)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Organic farming and generalist predator communities
Language: English
Abstract:

Organic farming systems rely on improved soil quality and biological control favored by reduced tillage and pesticide application, organic fertilizer application and crop rotation management. The first part of this study focused on the impact of organic and conventional long-term farming (DOK Trial, Switzerland), primarily characterized by fertilizer types, on major aboveground generalist predator taxa (spiders, rove beetles and ground beetles) in structurally simple (winter wheat) and complex (grass-clover) agroecosystem. Most analyzed animal taxa that improve internal nutrient cycling and biological control in agroecosystems benefited from organic farming and several taxa were negatively affected by inorganic fertilizer or herbicides application. Spiders (Araneae) benefited most from organic farming in wheat fields. Similar to results from wheat fields, spiders were more active and diverse in organically managed grass-clover fields. In contrast to wheat fields, only surface-active spiders responded positive, with strongest responses early and late in the season. Prey availability and vegetation structure caused a numerical response of spiders in organically managed fields; both factors were further analyzed in a field experiment in wheat. Increasing the structural complexity between wheat stands reduced the activity-density of cursorial spiders and ground beetles (Carabidae). Web-building spiders and rove beetles (Staphylinidae) responded positively to experimentally enhanced availability of alternative non-pest prey (Collembola), but cursorial spiders and ground beetles did not mirror prey responses. Aphid numbers increased with increasing activity-density of alternative prey. Such positive prey-prey relationship potentially reduces pest suppression by generalist predators, as non-pest prey may distract predators from aphid prey. The role of generalist predators as biological control agents is further affected by cannibalism, intraguild predation and competition between predators. Spatial patterns of web-building spiders in alfalfa did not resemble the aggregation of available pest prey (aphids). In contrast web-owners had fewer neighbors in the vicinity of their webs than expected under a random distribution of spider webs in times of highest spider activity. Spiders were most affected by organic management in the DOK trial and experiments in grass-clover and alfalfa suggest strong intraguild interactions at high densities. To evaluate the consequences of functional group identity for pest suppression, two major spider functional groups (web-builders and cursorial spiders) were manipulated in a cage experiment in wheat. Cursorial spiders slowed down the initial aphid population growth, but none of the treatments prevented an aphid outbreak. Molecular studies strengthen this result, as they indicate that cursorial species had the highest proportion of individuals that tested positive for aphid DNA. Results of this study suggest that cursorial spiders may be of particular importance as natural enemies under organic farming. They responded most consistent to organic farming across agroecosystems with different structural complexity and successfully slowed down aphid population growth during early colonization stages. Future studies need to analyze the factors responsible for the reaction of generalist predators to farming methods. Results may further identify conditions under which enhanced predator numbers result in improved pest suppression.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Bewirtschaftungsmaßnahmen im organischen Landbau fördern Nährstoffkreisläufe und die Bodenqualität. In der vorliegenden Studie wird die Wirkung von organischer und konventioneller Bewirtschaftung auf generalistische Prädatoren in einem agrarökologischen Langzeitversuch (DOK Versuch, Schweiz) untersucht und verfahrensabhängige Faktoren analysiert. Viele der untersuchten Tiergruppen, die in der biologischen Schädlingskontrolle einsetzbar sind und zudem interne Nährstoffkreisläufe unterstützen, wurden durch organische Bewirtschaftung in Weizenfeldern gefördert. Die Verwendung von anorganischen Düngern hingegen wirkte sich negativ auf zahlreiche nützliche Tiergruppen aus. Spinnen (Araneae) wurden besonders durch organischen Landbau gefördert, was in den untersuchten Weizenfeldern wahrscheinlich auf größerer Beuteverfügbarkeit basierte. Auch in einem zweiten untersuchten Agrarökosystem (Kleegraswiesen) reagierten Spinnen, als einzige generalistische Prädatoren, positiv auf organische Düngung. Im Gegensatz zum Weizen zeigten hier aber nur die laufaktiven Spinnen eine erhöhte Aktivitätsdichte. Die Unterschiede zwischen organisch und konventionell bewirtschafteten Flächen waren früh und spät in der Anbausaison am größten. Der Einfluss der Beuteverfügbarkeit und der Vegetationsstruktur auf generalistische Prädatoren wurde in einem Freilandexperiment genauer untersucht. Eine Erhöhung der strukturellen Komplexität zwischen Weizenständen wirkte sich negativ auf die Aktivitätsdichten von laufaktiven Spinnen und Laufkäfern (Carabidae) aus. Im Gegensatz dazu führte die Erhöhung der Beuteverfügbarkeit von Zersetzern (Collembola) zu höheren Aktivitätsdichten von netzbauenden Spinnen und Kurzflügelkäfern (Staphylinidae). Mit zunehmender Aktivitätsdichte von Zersetzerbeute nahm die Blattlausdichte (Aphididae) zu. Diese positiven Beute-Beute Interaktionen können die Schädlingskontrolle durch generalistische Prädatoren verringern, da der Fraß an Schädlingen durch das Auftreten von alternativer Beute reduziert werden kann. Natürliche Schädlingskontrolle wird durch Kannibalismus, intragilde Prädation und Konkurrenz zwischen generalistischen Prädatoren beeinflusst. Durch Analyse der räumlichen Verteilung von netzbauenden Spinnen in Luzernefeldern wurde nachgewiesen, dass Konkurrenz oder Abstoßung durch Artgenossen zu einer regelmäßigen Verteilung von Spinnennetzen beiträgt. Blattläuse waren bei hohen Dichten aggregiert, eine räumliche Verteilung die von Spinnen nicht gezeigt wurde. In allen Untersuchungen zeigten Spinnen die stärkste und einheitlichste Antwort auf organische Bewirtschaftung, wobei die räumliche Analyse auf intragilde Interaktionen zwischen Spinnen hinweist. Daher wurde in einem weiteren Freilandexperiment die Auswirkung funktioneller Gruppenidentität auf Blattlauspopulationen im Weizen untersucht. Nur die laufaktiven Spinnen verlangsamten das anfängliche Populationswachstum von Blattläusen. Diese Ergebnisse werden durch molekularbiologische Untersuchungen weiter gestützt, da ein hoher Anteil der laufaktiven Spinnen positiv auf Blattlaus DNA getestet wurde. Organische Bewirtschaftung verändert die Pflanzen- und Tiergemeinschaft auf Äckern und damit die Aktivität, Dichte und räumliche Verteilung von generalistische Prädatoren. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass generalistische Prädatoren (insbesondere laufaktive Spinnen) durch organischen Landbau gefördert werden und zur Optimierung der natürlichen Schädlingsbekämpfung beitragen können. Der Zusammenhang zwischen Bewirtschaftungsmaßnahmen und Habitatveränderungen sollte in weiteren Studien vertieft untersucht werden, um in Zukunft Bewirtschaftungsstrategien zu entwickeln die gezielt generalistische Prädatoren fördern und zu einer Optimierung der natürlichen Schädlingskontrolle beitragen.German
Uncontrolled Keywords: Biologische Schädlingskontrolle, natürliche Gegenspieler, generalistische Prädatoren, organischer Landbau, konventioneller Landbau, räumliche Analyse
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Biologische Schädlingskontrolle, natürliche Gegenspieler, generalistische Prädatoren, organischer Landbau, konventioneller Landbau, räumliche AnalyseGerman
Biological control, natural enemies, generalist predators, Collembola, Aphididae, Araneae, Carabidae, Staphylinidae, spatial patterns, intraguild predation, prey prey relationships, organic farming, conventional farmingEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: Biology
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:53
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000836
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-8361
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Brose, Dr. Ulrich and Wise, Prof. Dr. David H.
Advisors: Scheu, Prof. Dr. Stefan
Refereed: 11 May 2007
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/836
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