Farming systems and landscape context: effects on biodiversity and biocontrol | Einfluss von Bewirtschaftungsweise und Landschaftskomplexität auf Biodiversität und biologische Schädlingskontrolle

Durch die Intensivierung des Ackerbaus und die flächendeckende landwirtschaftliche Nutzung, die mit der Zerstörung perennierender, halbnatürlicher Habitate einherging, wurde die Landwirtschaft zu einem der Hauptverursacher des Artenrückgangs. Biodiversitätsverluste können auch zu einem Verlust wichtiger Ökosystemfunktionen wie z.B. der biologischen Schädlingskontrolle führen, was sich wiederum negativ auf die landwirtschaftliche Produktion auswirken kann. Einjährige Kulturen sind hauptsächlich Lebensraum für Organismen, die einen Teil ihres Lebenszyklus in anderen, perennierenden Habitaten verbringen. Annuelle Ackerwildpflanzenpopulationen überdauern zwar mit ihrer Samenbank, können aber auch von einem Sameneinflug aus der Landschaft profitieren. Daher scheint es nicht nur wichtig, die Lebensbedingungen der Organismen im Feld, z.B. durch extensive Anbaumethoden wie den ökologischen Landbau zu fördern, sondern auch die Struktur der umgebenden Landschaft zu berücksichtigen. In dieser Arbeit wurde untersucht, welche relative Bedeutung die Bewirtschaftungsweise (ökologisch vs. konventionell) und die Landschaftskomplexität für den Artenreichtum von Ackerwildpflanzen, den Artenreichtum und die Aktivitätsdichte von Laufkäfern und bodenlebenden Spinnen, sowie für die biologische Kontrolle von Getreideblattläusen durch Blattlausparasitoide in Winterweizenfeldern haben. Ferner wurde die Rolle der Ackerwildpflanzen für Interaktionen zwischen Getreideblattläusen und natürlichen Gegenspielern anhand eines Freilandexperimentes untersucht. Ein Großteil der Untersuchungen fand in insgesamt 72 Winterweizenfeldern in der Umgebung von Göttingen statt (pro Jahr jeweils ein ökologisches und ein konventionelles Feld in 12 verschiedenen Landschaftsausschnitten). Nachdem bei der Untersuchung der Bewirtschaftungsintensität sehr heterogene Beziehungen zur Landschaftskomplexität entdeckt wurden, wurde bei der Flächenauswahl für die weiteren Untersuchungen darauf geachtet, Parameter wie Flächengröße sowie Pestizid- und Düngereinsatz möglichst konstant zu halten. Der regionale Artenreichtum von Ackerwildpflanzen wurde stark durch die Unterschiedlichkeit der Arten zwischen den Feldern geprägt. Auf Feldebene generierte der ökologische Landbau deutlich mehr Pflanzenarten, allerdings wurden in strukturreichen Landschaften in konventionellen Feldern ähnlich hohe Artenzahlen nachgewiesen. Artenreichtum und Aktivitätsdichten von Laufkäfern unterschieden sich nicht zwischen ökologischen und konventionellen Feldern, nahmen aber mit zunehmender Landschaftskomplexität zu. Der Artenreichtum bodenlebender Spinnen stieg ebenfalls mit zunehmender Landschaftskomplexität, während hohe Aktivitätsdichten durch ökologische Bewirtschaftung gefördert wurden. Die Mortalität von Getreideblattläusen aufgrund von Parasitierung war in komplexen Landschaften erhöht, allerdings fand dort auch eine verstärkte Besiedlung der Felder durch die Läuse statt, was eine mögliche biologische Kontrolle hintertrieb und letztendlich zu gleichen Blattlausdichten in allen Landschaften führte. Ökologische Felder zeigten zwar eine geringere Blattlausbesiedlung, zur Zeit der Milchreife des Weizens jedoch gleiche Blattlausdichten wie konventionelle Felder. Auf die Parasitierungsraten hatte die Bewirtschaftungsweise keinen Einfluss. Analysen auf multiplen räumlichen Skalen zeigten, dass Blattläuse noch auf deutlich größeren Skalen auf die Landschaft reagieren als ihre Parasitoide, was auf eine Ausbreitungslimitierung der höheren trophischen Ebene schließen lässt. In einem Freilandexperiment konnte gezeigt wer den, dass unkrautfreie Weizenparzellen in vierfach höheren Dichten von den natürlicherweise vorkommenden Metopolophium dirhodum besiedelt wurden als Parzellen mit 20% Wildpflanzendeckung. Die Abundanz von Wildpflanzen erhöhte auch die Prädatorendichten, besonders in Parzellen mit 20% Wildpflanzendeckung. Folglich waren Dichten der experimentell zugesetzten Sitobion avenae, aber auch der anderen Blattläuse, in diesen Parzellen am geringsten (500% niedriger als in der unkrautlosen Kontrolle) und unterhalb der wirtschaftlichen Schadschwelle.Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl ökologischer Landbau als auch komplex strukturierte Landschaften Artenreichtum fördern können. Ökologischer Landbau hatte jedoch keinen Einfluss auf die Parasitierung von Blattläusen, während Landschaftskomplexität zwar Parasitoide förderte, aber auch die Blattläuse selbst. Verunkrautung förderte nachweislich räuberische Blattlausgegenspieler und hemmte die Blattlauspopulationen. Um Artenreichtum und Ökosystemfunktionen in der Agrarlandschaft optimal zu schützen und zu fördern, scheint es sinnvoll, ökologischen Landbau flächenmäßig weiter auszudehnen, und hierbei vor allem ausgeräumte Landschaften mit geringer Landschaftskomplexität zu berücksichtigen. Weiterhin sollten naturnahe Lebensräume wie Grünländer, Brachen und Hecken erhalten, bzw. deren Neuanlegung gefördert werden, da die Landschaftskomplexität von großer Bedeutung für Biodiversität und Ökosystemfunktionen sein kann.

The intensification of agricultural practices and the increase of area under agricultural production, which was accompanied by a destruction of perennial habitats, made agriculture to one of the main causers of biodiversity losses. Decreasing species richness may lead to a loss of important ecosystem functions such as biological pest control, which in turn can have negative impacts on agricultural production. Annual crop fields are predominately habitats for organisms, which spend parts of their life cycle in other, perennial habitats. Though annual arable weed populations outlast with their seedbank, they can also benefit from the seed rain from the surrounding landscape. Thus, it is not only important to support the survival conditions within the fields (e.g., by extensive management like organic farming), but also consider the structure of the landscape. In this study, the relative importance of farming system (organic vs. conventional) and landscape complexity on species richness of arable weeds, species richness and activity densities of carabid beetles and ground-dwelling spiders, and for biocontrol of cereal aphids by parasitoid wasps was analysed. In addition, the role of arable weeds in cereal aphid-natural enemy interactions was analysed using a field experiment.The majority of investigations was conducted in altogether 72 winter wheat fields in the vicinity of Göttingen (one organic and one conventional field in 12 landscape sectors per year). Because the analysis of land-use intensity revealed heterogeneous relations with landscape complexity, in the following studies, study sites were selected trying to keep parameters as field size, pesticide use and use of mineral fertilizers as constant as possible. The regional diversity of arable weed species was strongly determined by the heterogeneity among fields. At the field scale, organic farming generated higher weed species diversity, but conventional farming reached similar diversity levels when the surrounding landscape was complex. Species richness and activity density of carabid beetles did not differ between organic and conventional fields, but increased with increasing landscape complexity. Species richness of spiders was also enhanced by landscape complexity, while organic farming supported high activity densities. Complex landscapes were related to high mortality of cereal aphids caused by parasitism, but also to higher aphid colonisation, counterbalancing possible biological control and leading to similar aphid densities across landscapes. Although aphids colonised organic fields in lower densities than conventional fields, aphid densities were similar at the time of wheat milk ripening. Parasitism did not differ between the farming systems. Further, analyses at multiple spatial scales revealed that aphids respond to landscape complexity at larger spatial scales than their parasitoids, reflecting limited dispersal ability of these higher trophic level organisms. With the help of a field experiment, we could show that Metopolophium dirhodum colonised weedless wheat plots in four times higher densities than plots containing arable weeds with 20% vegetation cover. Abundance of weeds, especially with 20% vegetation cover, enhanced aphid predators. Accordingly, densities of the released Sitobion avenae and also of na turally occurring aphids were lowest in this treatment (500% lower than in the control), thereby falling below the threshold level of economic damage.Results show that organic farming as well as complex landscapes may support species richness. However, organic farming unexpectedly did not influence parasitism of cereal aphids, whereas landscape complexity enhanced parasitoid, but also aphid populations. Abundance of arable weeds increased aphid predators and decreased aphid populations. Consequently, to conserve and support species richness and ecological functions in agricultural landscapes, we suggest to enhance the area of organically managed arable land, especially in structurally simple landscapes. Further, near-natural habitats such as grasslands, fallows and hedges should be maintained and renewed, respectively, because landscape complexity was shown to be of major importance for biodiversity and ecosystem functioning.