Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Braunschweig.

Die vorliegende Arbeit basiert zum größten Teil auf Untersuchungen und Versuchen, die im Rahmen der beiden Verbundprojekte AGROWOOD und CultPop in den Jahren 2006 bis 2013 in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln, Weiden und Robinie in den Untersuchungsregionen Sachsen und Südbrandenburg durchgeführt wurden. Ziel dieser Arbeit war es, auf den Flächen der für Deutschland vergleichsweise neuen Landnutzungsart Arteninventuren und Schadbonituren durchzuführen, die als Grundlage für eine Einschätzung der Biodiversität und des Gefahrenpotenzials im Bereich der Schadinsekten dienen und Ansätze für ein Schadensmangement in Kurzumtriebsplantagen aufzeigen können. Die Ergebnisse der Freilandbonituren und der damit in Verbindung stehenden Untersu-chungen und Versuche, die in Teil A dieser Arbeit dargestellt sind, haben gezeigt, dass die Wachstumscharakteristika der drei untersuchten Baumtaxa den Angaben in der Literatur entsprechen und deutliche Unterschiede im Auftreten von Schadinsekten und Schäden vorliegen. Dabei wurden sowohl Unterschiede zwischen den Klonen bzw. sonstigen genetischen Untereinheiten innerhalb der drei Baumtaxa als auch zwischen den unterschiedlichen Alters- und Entwicklungsstadien der Kurzumtriebsplantagen festgestellt. Die höchste Artendiversität bei den Schadinsekten wiesen die Pappelkurzumtriebsplantagen auf. Als Hauptschaderreger wurde Chrysomela populi identifiziert, der teilweise in Vergesellschaftung mit C. tremulae vorkommt. In den untersuchten Weidenkurzumtriebsplantagen wurde eine mittlere Artendiversität festgestellt, wobei Phratora vulgatissima die Rolle als Hauptschaderreger einnimmt. Die Robinienkurzumtriebsplantagen wiesen erwartungsgemäß eine geringe Artendiversität auf. Die am häufigsten auftretenden Schadinsekten waren Charagmus gressorius und C. griseus sowie Obolodiplosis robiniae. In den vertiefenden, in Teil B dieser Arbeit dargestellten Labor- und Freilandversuchen wurde deutlich, dass (a) C. populi ausgeprägte Fraßpräferenzen für bestimmte Pappelklone aufweist, aber um die Ergebnisse von entsprechenden Laborversuchen auf das Freiland übertragen zu können, Versuchsdesign und Futterqualität gut abgestimmt sein müssen, (b) die eingesetzten Glasolfaktometer zur Untersuchung der olfaktorischen Orientierung von C. populi ungeeignet sind und derartige Versuche in Auswahlkammern oder -arenen stattfinden sollten, (c) mehrere zugelassene und kommerziell verfügbare synthetische und biologisch-biotechnische Insektizide sich für die Bekämpfung von Larven und Imagines von C. populi eignen und der Schutz von Pflanzen durch Insektizide im Freiland nicht nur zu geringeren Blattschäden, sondern auch zu einem gesteigerten Höhenwachstum führt, (d) Blattverlust durch Blattfraß das Höhenwachstum und das Frischgewicht von Pflanzen sowie die Anzahl an Wiederaustrieben nach einer Ernte nachhaltig beeinträchtigen kann, die Aufwirkungen aber vom Standort, der Baumart, dem Klon, dem Ausmaß und der Häufigkeit des Blattverlusts abhängen und (e) hohe Drahtwurmdichten in Kurzumtriebsplantagen vorliegen können, die insbesondere auf Flächen mit schwierigen Standortsbedingungen zusätzlich zu einer Beeinträchtigung der Pflanzenvitalität und des Pflanzenwachstums beitragen könnten. Die Ausführungen zum Schadensmanagement in Kurzumtriebsplantagen in Teil C dieser Arbeit zeigen die wichtigsten präventiven und bekämpfenden Pflanzenschutzmaßnahmen bei der Anlage und der Bewirtschaftung dieser Flächen auf. Dabei spielt insbesondere die umfassende Planung vor der eigentlichen Anlage der Flächen, die u. a. die Standort- und die daran angepasste Baumarten- und Klonwahl sowie die Gestaltung des Flächendesigns und der -diversität umfasst, eine entscheidende Rolle, da diese Aspekte das Risiko für das Auftreten von Schadinsekten, aber auch anderer biotischer sowie abiotischer Schadfaktoren in den anzulegenden Kurzumtriebsplantagen maßgeblich beeinflussen. Standardverfahren für die Überwachung und Prognose von Schadinsekten in Kurzum-triebsplantagen existieren derzeit in Deutschland nicht, sollten aber für den Hauptscha-derreger C. populi entwickelt werden. Ein entsprechender Vorschlag, der auch die Diagnose der Art mit einbezieht, ist in der Arbeit enthalten. Außerdem sind regelmäßige Flächenbegänge zu empfehlen, um Schäden und Schaderreger schnell identifizieren und bei Bedarf Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Neben dem Ausnutzen der zur Verfügung stehenden präventiven Pflanzenschutzmaßnahmen im Rahmen eines integrierten Pflanzenschutzes sind aufgrund der Leistungsorientierung der Kulturen und des geringen zur Verfügung stehenden Kompensationszeitraums auch eine aktive Bekämpfung von Schaderregern durch den Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel wahrscheinlich. Die dafür notwendigen rechtlichen Grundlagen stehen noch nicht vollständig zur Verfügung und müssen geschaffen werden. Handlungsbedarf besteht außerdem in Bezug auf die weitere Erforschung der Auswirkungen von Klonmischungen auf das Vorkommen von Schadinsekten und der Wirksamkeit und Förderung von natürlichen Antagonisten in Kurzumtriebsplantagen sowie auf die Züchtung neuer widerstands- und leistungsfähiger Klone. Aufgrund verschiedener Faktoren hat die Kurzumtriebsplantagenwirtschaft in den letzten Jahren in Deutschland an Bedeutung verloren. Nichtsdestotrotz könnte ihr im Hinblick auf den zunehmenden Aufbrauch fossiler Brennstoffe und der globalen Holzknappheit in Zukunft wieder eine Rolle bei der Bereitstellung von Dendromasse zukommen.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Problemstellung und Stand des Wissens 5 3 Ziel- und Aufgabenstellung 15 4 Material und allgemeine Methodik 17 4.1 Ausgewählte Untersuchungsflächen 17 4.2 Pflanzenmaterial 20 4.3 Tiermaterial 21 4.4 Statistik und Datenmanagement 22 Teil A. Arteninventur und Schadbonitur 24 5 Untersuchungen zum Vorkommen von Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen 25 5.1 Einleitung und Hintergrund 25 5.2 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln (Populus spec.) 26 5.2.1 Einleitung 26 5.2.2 Spezielle Methodik 26 5.2.2.1 Stichprobenartiges Schadboniturverfahren auf den Ragower Rieselfeldern 26 5.2.2.2 Schadbonitur im Mutterquartier des FIB e. V. in Grünewalde 29 5.2.2.3 Laborbasierte Zucht von Chrysomela populi und C. tremulae 29 5.2.2.4 Laborversuch zur Entwicklung von Lymantria dispar an Pappeln und Weiden 29 5.2.3 Ergebnisse der Schadbonituren und sonstigen Datenaufnahmen 30 5.2.3.1 Wachstumsparameter der Pflanzen 30 5.2.3.2 Schadparameter der Pflanzen 34 5.2.3.2.1 Abiotische Schadfaktoren 34 5.2.3.2.2 Biotische Schadfaktoren 36 5.2.4 Ergebnisse zum Artenvorkommen 41 5.2.4.1 Artenüberblick 41 5.2.4.2 Ordnung Coleoptera 44 5.2.4.2.1 Chrysomela spec. 44 5.2.4.2.2 Phratora spec. 55 5.2.4.2.3 Weitere Arten 57 5.2.4.3 Ordnung Hymenoptera 59 5.2.4.4 Ordnung Lepidoptera 60 5.2.5 Diskussion 63 5.2.5.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln 63 5.2.5.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln 66 5.2.5.2.1 Abiotische Schadfaktoren 66 5.2.5.2.2 Biotische Schadfaktoren 68 5.3 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden (Salix spec.) 95 5.3.1 Einleitung und spezielle Methodik 95 5.3.2 Ergebnisse der Schadbonitur und sonstigen Datenaufnahmen 95 5.3.2.1 Wachstumsparameter der Pflanzen 95 5.3.2.2 Schadparameter der Pflanzen 101 5.3.2.2.1 Abiotische Schadfaktoren 101 5.3.2.2.2 Biotische Schadfaktoren 101 5.3.3 Ergebnisse zum Artenvorkommen 106 5.3.3.1 Artenüberblick 106 5.3.3.2 Ordnung Coleoptera 108 5.3.3.2.1 Phratora spec. 108 5.3.3.2.2 Weitere Arten 111 5.3.3.3 Ordnung Hymenoptera 113 5.3.3.4 Ordnung Lepidoptera 114 5.3.4 Diskussion 115 5.3.4.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden 115 5.3.4.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden 117 5.3.4.2.1 Abiotische Schadfaktoren 117 5.3.4.2.2 Biotische Schadfaktoren 118 5.4 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie (Robinia pseudoacacia L.) 133 5.4.1 Einleitung und spezielle Methodik 133 5.4.2 Ergebnisse der Schadbonitur 134 5.4.2.1 Wachstumsparameter der bonitierten Pflanzen 134 5.4.2.2 Schadparameter der bonitierten Pflanzen 135 5.4.2.2.1 Abiotische Schadfaktoren 135 5.4.2.2.2 Biotische Schadfaktoren 136 5.4.3 Ergebnisse zum Artenvorkommen 141 5.4.3.1 Artenüberblick 141 5.4.3.2 Ordnung Coleoptera 142 5.4.3.3 Ordnung Diptera 144 5.4.3.4 Ordnung Lepidoptera 146 5.4.4 Diskussion 146 5.4.4.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie 146 5.4.4.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie 148 5.4.4.2.1 Abiotische Schadfaktoren 148 5.4.4.2.2 Biotische Schadfaktoren 149 5.5 Zusammenfassende Schlussfolgerung 161 Teil B. Biologie und Gefahrenpotenzial von Schadinsekten 166 6 Laborversuche zu den Fraßpräferenzen von Chrysomela populi 167 6.1 Einleitung und Hintergrund 167 6.2 Spezielle Methodik 167 6.2.1 Fraßpräferenzversuch I 167 6.2.2 Blattpuderdiätsversuch 169 6.2.3 Fraßpräferenzversuch II 170 6.3 Ergebnisse 171 6.3.1 Fraßpräferenzversuch I 171 6.3.2 Blattpuderdiätsversuch 172 6.3.3 Fraßpräferenzversuch II 172 6.4 Diskussion 175 6.5 Schlussfolgerung 179 7 Laborversuch zur olfaktorischen Orientierung von Chrysomela populi 180 7.1 Einleitung und Hintergrund 180 7.2 Spezielle Methodik 180 7.3 Ergebnisse 182 7.4 Diskussion 183 7.5 Schlussfolgerung 186 8 Laborversuche zur Wirksamkeit verschiedener Insektizide gegen Larven und Imagines von Chrysomela populi 187 8.1 Einleitung und Hintergrund 187 8.2 Spezielle Methodik 187 8.3 Ergebnisse 191 8.3.1 Wirksamkeit der Insektizide gegen die Imagines von Chrysomela populi 191 8.3.3 Wirksamkeit der Insektizide gegen die Larven von Chrysomela populi 195 8.3.4 Wiederholungsversuche mit Alverde® und Spruzit® Neu 198 8.4 Diskussion 200 8.5 Schlussfolgerung 204 9 Freilandversuch zum Einsatz von Insektiziden für die Bekämpfung von Chrysomela populi 206 9.1 Einleitung und Hintergrund 206 9.2 Spezielle Methodik 206 9.3 Ergebnisse 210 9.3.1 Höhen- und Höhenzuwachsentwicklung 210 9.3.2 Schadinsekten und Blattschäden 212 9.4 Diskussion 216 9.4.1 Höhen- und Höhenzuwachsentwicklung 216 9.4.2 Schadinsekten und Blattschäden 219 9.5 Schlussfolgerung 221 10 Freilandversuch zum Einfluss von Blattverlust auf das Wachstum von Pappel- und Weidenklonen 223 10.1 Einleitung und Hintergrund 223 10.2 Spezielle Methodik 223 10.3 Ergebnisse 226 10.3.1 Anwuchs- und Wachstumssituation vor Beginn der Fraßsimulationen 226 10.3.2 Wachstumssituation nach der ersten Fraßsimulation 228 10.3.3 Wachstumssituation nach der dritten Fraßsimulation 230 10.3.4 Wachstumssituation nach Beendigung des Versuchs 235 10.3.4.1 Aufnahmen und Ernte in Großthiemig 235 10.3.4.2 Aufnahmen in Obercarsdorf und Schönheide 240 10.4 Diskussion 242 10.5 Schlussfolgerung 248 11 Frühjahrsmonitoring zur Bestimmung des Drahtwurmbesatzes auf den Ragower Rieselfeldern 249 11.1 Einleitung und Hintergrund 249 11.2 Spezielle Methodik 250 11.3 Ergebnisse 252 11.3.1 Ergebnisse des Vorversuchs im Frühjahr 2012 252 11.3.2 Ergebnisse des Vollversuchs im Frühjahr 2013 253 11.4 Diskussion 256 11.5 Schlussfolgerung 261 Teil C. Schadensmanagement in Kurzumtriebsplantagen 263 12 Empfehlungen für die risikoarme Anlage und Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen aus Sicht des Pflanzenschutzes 264 12.1 Grundzüge des Pflanzenschutzes in Kurzumtriebsplantagen 264 12.2 Empfehlungen für die risikoarme Anlage von Kurzumtriebsplantagen 265 12.2.1 Präventive Maßnahmen bei der Anlage von Kurzumtriebsplantagen 265 12.2.2 Bekämpfende Maßnahmen bei der Anlage von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3 Empfehlungen für eine risikoarme Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3.1 Präventive Maßnahmen bei der Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3.1.1 Überwachung und Prognose in Pappelkurzumtriebsplantagen 268 12.3.1.2 Überwachung und Prognose in Weidenkurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.3 Überwachung und Prognose in Robinienkurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.4 Diagnose von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.5 Plantagenschutzkontrollbuch 275 12.3.1.6 Förderung natürlicher Gegenspieler 275 12.3.2 Bekämpfende Maßnahmen bei der Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 276 12.3.2.1 Mechanisch-physikalische Bekämpfung von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 276 12.3.2.2 Chemische Bekämpfung von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 277 13 Schlussfolgerungen für Wissenschaft und Praxis 282 14 Zusammenfassung 289 15 Summary 291 16 Verzeichnisse 294 16.1 Literaturverzeichnis 294 16.2 Abbildungsverzeichnis 343 16.3 Tabellenverzeichnis 347 17 Anhang 17-1 / This thesis is based on research work and experiments implemented within the AGROWOOD and CultPop joint projects in short rotation coppices with poplars, willows and black locust in Saxony and south Brandenburg between 2006 and 2013. The aim of this thesis was to carry out species inventories and damage ratings on sites of this comparatively new kind of land use in Germany, whose results can serve as a basis to assess and evaluate the biodiversity and risk potential of pest insects as well as to point out ap-proaches for pest management strategies. The results of the damage ratings in the field and the associated examinations presented in part A of this thesis show that the growth characteristics of poplars, willows and black locust on the study sites correspond well to literature knowledge and that there are noticeable differences in the occurrence of pest insects and damage among clones or other genetic units within the three tree taxa as well as among different age and developmental stages of short rotation coppices. Poplar short rotation coppices held the highest pest insect diversity. Chrysomela populi, sometimes occurring together with C. tremulae, was identified as main pest species. A medium pest insect diversity was recorded for willow short rotation coppices, with Phratora vulgatissima as main pest species. As expected, black locust short rotation coppices had the lowest pest insect diversity. The most abundant species were Charagmus gressorius and C. griseus as well as Obolodiplosis robiniae. Within the advanced laboratory and field experiments presented in part B of this thesis it was shown that (a) C. populi has distinctive feeding preferences for certain poplar clones, but that experimental design and food quality in laboratory experiments must be chosen carefully to be able to transfer results into the field, (b) the glass olfactometers used to study the olfactory orientation of C. populi are not suitable and that such experiments should take place in choice chambers or arenas, (c) several commercially available and certified synthetic and biological-biotechnical insecticides are suitable for the control of larvae and adults of C. populi and that the protection of poplars by insecticides not only results in lower leaf damage but also causes an increase in height growth, (d) defoliation by leaf feeding can have a lasting impact on the height growth and fresh weight of plants as well as on the number of resprouting shoots after a harvest, but that the effects depend on the site, the tree species, the clone, the extent and number of defoliating events and (e) high densities of wire worms may occur in short rotation coppices, which can contribute to a reduction of plant vitality and growth, in particular on sites with unfavorable site conditions. The information on pest management in short rotation coppices presented in part C of this thesis describe the most important plant protection measures for the establishment and management of these sites. In particular the comprehensive planning process prior to the actual establishment of the short rotation coppices, which among others comprises the choice of site and a corresponding choice of tree species and clones as well as the design of the coppice and its diversity, plays a crucial role, since these aspects significantly effect the risk for the occurrence of pest insects as well as other biotic and abiotic risk factors in these coppices. Currently no standard methods for the monitoring and prognosis of pest insects in short rotation coppices exist in Germany but should be developed for the main pest insect C. populi. This thesis contains a suggestion for it that also includes the diagnosis of this species. Furthermore, regular site inspections are recommended to be able to quickly identify damage and pest organisms and initiate control measures if required. Besides exploiting the available preventive plant protection measures within the framework of an integrated pest management, the use of chemical plant protection products to actively control occurring pest organisms is likely due to the strong economic focus of the coppices and the short rotation periods that provide little time for compensatory processes. However, the necessary legal principles are not fully established yet. Need for action also exists regarding further research on the effects of clone mixtures on the occurrence of pest insects and the efficacy and promotion of natural enemies in short rotation coppices as well as the breeding of new resilient and productive clones. The importance of short rotation coppices has decreased in Germany in recent years due to various reasons. With regard to the continuing exhaustion of fossil fuels and the global timber shortage they may nevertheless play a role again as a source for dendromass in the future:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Problemstellung und Stand des Wissens 5 3 Ziel- und Aufgabenstellung 15 4 Material und allgemeine Methodik 17 4.1 Ausgewählte Untersuchungsflächen 17 4.2 Pflanzenmaterial 20 4.3 Tiermaterial 21 4.4 Statistik und Datenmanagement 22 Teil A. Arteninventur und Schadbonitur 24 5 Untersuchungen zum Vorkommen von Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen 25 5.1 Einleitung und Hintergrund 25 5.2 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln (Populus spec.) 26 5.2.1 Einleitung 26 5.2.2 Spezielle Methodik 26 5.2.2.1 Stichprobenartiges Schadboniturverfahren auf den Ragower Rieselfeldern 26 5.2.2.2 Schadbonitur im Mutterquartier des FIB e. V. in Grünewalde 29 5.2.2.3 Laborbasierte Zucht von Chrysomela populi und C. tremulae 29 5.2.2.4 Laborversuch zur Entwicklung von Lymantria dispar an Pappeln und Weiden 29 5.2.3 Ergebnisse der Schadbonituren und sonstigen Datenaufnahmen 30 5.2.3.1 Wachstumsparameter der Pflanzen 30 5.2.3.2 Schadparameter der Pflanzen 34 5.2.3.2.1 Abiotische Schadfaktoren 34 5.2.3.2.2 Biotische Schadfaktoren 36 5.2.4 Ergebnisse zum Artenvorkommen 41 5.2.4.1 Artenüberblick 41 5.2.4.2 Ordnung Coleoptera 44 5.2.4.2.1 Chrysomela spec. 44 5.2.4.2.2 Phratora spec. 55 5.2.4.2.3 Weitere Arten 57 5.2.4.3 Ordnung Hymenoptera 59 5.2.4.4 Ordnung Lepidoptera 60 5.2.5 Diskussion 63 5.2.5.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln 63 5.2.5.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln 66 5.2.5.2.1 Abiotische Schadfaktoren 66 5.2.5.2.2 Biotische Schadfaktoren 68 5.3 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden (Salix spec.) 95 5.3.1 Einleitung und spezielle Methodik 95 5.3.2 Ergebnisse der Schadbonitur und sonstigen Datenaufnahmen 95 5.3.2.1 Wachstumsparameter der Pflanzen 95 5.3.2.2 Schadparameter der Pflanzen 101 5.3.2.2.1 Abiotische Schadfaktoren 101 5.3.2.2.2 Biotische Schadfaktoren 101 5.3.3 Ergebnisse zum Artenvorkommen 106 5.3.3.1 Artenüberblick 106 5.3.3.2 Ordnung Coleoptera 108 5.3.3.2.1 Phratora spec. 108 5.3.3.2.2 Weitere Arten 111 5.3.3.3 Ordnung Hymenoptera 113 5.3.3.4 Ordnung Lepidoptera 114 5.3.4 Diskussion 115 5.3.4.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden 115 5.3.4.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden 117 5.3.4.2.1 Abiotische Schadfaktoren 117 5.3.4.2.2 Biotische Schadfaktoren 118 5.4 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie (Robinia pseudoacacia L.) 133 5.4.1 Einleitung und spezielle Methodik 133 5.4.2 Ergebnisse der Schadbonitur 134 5.4.2.1 Wachstumsparameter der bonitierten Pflanzen 134 5.4.2.2 Schadparameter der bonitierten Pflanzen 135 5.4.2.2.1 Abiotische Schadfaktoren 135 5.4.2.2.2 Biotische Schadfaktoren 136 5.4.3 Ergebnisse zum Artenvorkommen 141 5.4.3.1 Artenüberblick 141 5.4.3.2 Ordnung Coleoptera 142 5.4.3.3 Ordnung Diptera 144 5.4.3.4 Ordnung Lepidoptera 146 5.4.4 Diskussion 146 5.4.4.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie 146 5.4.4.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie 148 5.4.4.2.1 Abiotische Schadfaktoren 148 5.4.4.2.2 Biotische Schadfaktoren 149 5.5 Zusammenfassende Schlussfolgerung 161 Teil B. Biologie und Gefahrenpotenzial von Schadinsekten 166 6 Laborversuche zu den Fraßpräferenzen von Chrysomela populi 167 6.1 Einleitung und Hintergrund 167 6.2 Spezielle Methodik 167 6.2.1 Fraßpräferenzversuch I 167 6.2.2 Blattpuderdiätsversuch 169 6.2.3 Fraßpräferenzversuch II 170 6.3 Ergebnisse 171 6.3.1 Fraßpräferenzversuch I 171 6.3.2 Blattpuderdiätsversuch 172 6.3.3 Fraßpräferenzversuch II 172 6.4 Diskussion 175 6.5 Schlussfolgerung 179 7 Laborversuch zur olfaktorischen Orientierung von Chrysomela populi 180 7.1 Einleitung und Hintergrund 180 7.2 Spezielle Methodik 180 7.3 Ergebnisse 182 7.4 Diskussion 183 7.5 Schlussfolgerung 186 8 Laborversuche zur Wirksamkeit verschiedener Insektizide gegen Larven und Imagines von Chrysomela populi 187 8.1 Einleitung und Hintergrund 187 8.2 Spezielle Methodik 187 8.3 Ergebnisse 191 8.3.1 Wirksamkeit der Insektizide gegen die Imagines von Chrysomela populi 191 8.3.3 Wirksamkeit der Insektizide gegen die Larven von Chrysomela populi 195 8.3.4 Wiederholungsversuche mit Alverde® und Spruzit® Neu 198 8.4 Diskussion 200 8.5 Schlussfolgerung 204 9 Freilandversuch zum Einsatz von Insektiziden für die Bekämpfung von Chrysomela populi 206 9.1 Einleitung und Hintergrund 206 9.2 Spezielle Methodik 206 9.3 Ergebnisse 210 9.3.1 Höhen- und Höhenzuwachsentwicklung 210 9.3.2 Schadinsekten und Blattschäden 212 9.4 Diskussion 216 9.4.1 Höhen- und Höhenzuwachsentwicklung 216 9.4.2 Schadinsekten und Blattschäden 219 9.5 Schlussfolgerung 221 10 Freilandversuch zum Einfluss von Blattverlust auf das Wachstum von Pappel- und Weidenklonen 223 10.1 Einleitung und Hintergrund 223 10.2 Spezielle Methodik 223 10.3 Ergebnisse 226 10.3.1 Anwuchs- und Wachstumssituation vor Beginn der Fraßsimulationen 226 10.3.2 Wachstumssituation nach der ersten Fraßsimulation 228 10.3.3 Wachstumssituation nach der dritten Fraßsimulation 230 10.3.4 Wachstumssituation nach Beendigung des Versuchs 235 10.3.4.1 Aufnahmen und Ernte in Großthiemig 235 10.3.4.2 Aufnahmen in Obercarsdorf und Schönheide 240 10.4 Diskussion 242 10.5 Schlussfolgerung 248 11 Frühjahrsmonitoring zur Bestimmung des Drahtwurmbesatzes auf den Ragower Rieselfeldern 249 11.1 Einleitung und Hintergrund 249 11.2 Spezielle Methodik 250 11.3 Ergebnisse 252 11.3.1 Ergebnisse des Vorversuchs im Frühjahr 2012 252 11.3.2 Ergebnisse des Vollversuchs im Frühjahr 2013 253 11.4 Diskussion 256 11.5 Schlussfolgerung 261 Teil C. Schadensmanagement in Kurzumtriebsplantagen 263 12 Empfehlungen für die risikoarme Anlage und Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen aus Sicht des Pflanzenschutzes 264 12.1 Grundzüge des Pflanzenschutzes in Kurzumtriebsplantagen 264 12.2 Empfehlungen für die risikoarme Anlage von Kurzumtriebsplantagen 265 12.2.1 Präventive Maßnahmen bei der Anlage von Kurzumtriebsplantagen 265 12.2.2 Bekämpfende Maßnahmen bei der Anlage von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3 Empfehlungen für eine risikoarme Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3.1 Präventive Maßnahmen bei der Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3.1.1 Überwachung und Prognose in Pappelkurzumtriebsplantagen 268 12.3.1.2 Überwachung und Prognose in Weidenkurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.3 Überwachung und Prognose in Robinienkurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.4 Diagnose von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.5 Plantagenschutzkontrollbuch 275 12.3.1.6 Förderung natürlicher Gegenspieler 275 12.3.2 Bekämpfende Maßnahmen bei der Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 276 12.3.2.1 Mechanisch-physikalische Bekämpfung von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 276 12.3.2.2 Chemische Bekämpfung von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 277 13 Schlussfolgerungen für Wissenschaft und Praxis 282 14 Zusammenfassung 289 15 Summary 291 16 Verzeichnisse 294 16.1 Literaturverzeichnis 294 16.2 Abbildungsverzeichnis 343 16.3 Tabellenverzeichnis 347 17 Anhang 17-1

This study was designed to investigate the relationships between spectral properties of cottonwood plantations and defoliation by the cottonwood leaf beetle (CLB), Chrysomela scripta F., as well as to develop and analyze the spatial structure of CLB and associated defoliation using geospatial information technology. Multispectral imagery data from airborne platforms were acquired using three remote sensing systems: (1) GeoVantage remote sensing system with 450 nm, 550 nm, 650 nm and 850 nm wavelengths; (2) RDACS (real time digital airborne camera system) with 540 nm, 675 nm, 695 nm and 840 nm wavelengths; and (3) Kodak DCS420 digital camera with the 500-810 nm wavelengths (red, green and near infrared). In addition, multispectral and hyperspectral radiometric data were collected using spectroradiometer. Analyzing reflectance values for simulated CLB defoliation indicated that the 0% and 25% defoliation could be differentiated from the 75% defoliation in the near infrared (NIR). Utilizing normalized difference vegetation index and a simple vegetation index, 0% and 25% defoliation could also be separated from 50% and 75% defoliation. Reflectance values for natural defoliation by CLB and various ground covers indicated that NIR was the best indicator for distinguishing different ground cover types. Heavy feeding by CLB could be detected but light or no feeding could not be discriminated from each other using these systems mentioned above. Spectral spatial analysis of a first year rising cottonwood plantation indicated that a wave (hole-effect) variogram model could be used to describe the spatial structure at omnidirection. Within the 1.90 - 2.48 m range, there is a significant spatial autocorrelation of reflectance. Spatial structure of adult and larval populations indicated that spatial dependence varied among dates and directions. Spherical and Gaussian functions provided the best statistical fit for CLB adult and larval spatial distributions, which were aggregated. The signature analysis for hyperspectral data indicated that when comparing the 0% defoliation to the 25, 50 and 75% defoliation, maximum reflectance differences were found near 294 nm in the ultraviolet, 550 nm in the visible spectrum and 764 nm in the near infrared spectrum. The highest reflectance sensitivity occurred between 528-557 nm in the visible spectrum. High sensitivities were also found between 730-740 nm and 930-940 nm in the infrared spectrum. Bands from 892-894 nm were best for separating various defoliation levels. This study has first demonstrated the application of remote sensing combined with GPS and geostatistics to CLB defoliation of cottonwood. The defoliation level of cottonwood can be detected and assessed using different remote sensing systems. Spatial models can be used to map CLB population densities and defoliation rates in landscapes. These maps can be used for site specific CLB management.

Insect herbivory on forest canopies strongly affects ecosystem nutrient cycling and availability in a variety of ways, e.g. by changing the quantity, quality and timing of nutrient input to forest soils. A qualitative method for measurements of ingestion, egestion and exuviation rates of the insect Chrysomela tremulae on leaves of the hybrid Populus tremula x tremuloides were tested in this study with the aim to detect differences in relative nutrient cycling efficiencies. The assimilation efficiency (AD), efficiency of conversion of digested food (ECD) and efficiency of conversion of ingested food (ECI) increased from 1st, through 2nd and 3rd instar larvae with generally higher efficiencies for nitrogen than carbon. Effects on nutrient limitations for the insect were also tested by increasing the C:N ratio of insect diet. A carbohydrate solution was painted onto leaves which resulted in a significant increase in C:N (p<0.0001). This lead to a trend of lengthened developmental time for each ontogenetic stage, as well as higher ingestion rate and lower egestion- and exuviation rates. However, a different method of increasing the C:N ratio is recommended in future experiments since the leaves never truly absorbed the solution.

Kurzumtriebsplantagen (KUP) bieten für eine Vielzahl von Organismen einen idealen Lebensraum. Einige Insektenarten reagieren darauf mit einer massenhaften Vermehrung. Besonders der Einfluss des Roten Pappelblattkäfers (Chrysomela (=Melasoma) populi) führte in den vergangenen Jahren vermehrt zur Schädigung von KUP. Bisher nehmen die Schäden noch selten bestandesbedrohende Ausmaße an, sind in der Tendenz jedoch klar zunehmend. Immer häufiger kommt es zu relevanten Zuwachsverlusten, verzögertem Austrieb und dem Ausfall einzelner Pflanzen. Daher werden im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „AgroForNet“ Möglichkeiten der Überwachung, Prognose und Bekämpfung des Roten Pappelblattkäfers erforscht. Erste Ergebnisse aus dem Jahr 2011 zeigen vielversprechende Ansätze, mit denen sich C. populi effektiv überwachen und Schäden kostengünstig minimieren lassen.

Flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOCs) haben vielseitige Funktionen in der Biosphäre und Atmosphäre. VOCs sind an ober- und unterirdischen Interaktionen beteiligt. Zum Beispiel können von Mikroorganismen emittierte VOCs das Pflanzenwachstum beeinflussen und von Pflanzen emittierte VOCs sich auf das Verhalten von Pathogenen und Herbivoren auswirken. Nur wenig ist über die Rolle von VOCs in der Kommunikation von Ektomykorrhizapilzen (EMF) mit ihren Wirtspflanzen bekannt. EMF gehen Symbiosen mit Baumarten wie Pappeln (Populus spp.) ein. Pappeln sind als Biomasseproduzenten von großer ökonomischer Bedeutung, emittieren jedoch eine hohe Konzentration des klima-relevanten VOCs Isopren in die Atmosphäre. Die Rolle von Isopren in biotischen Interaktionen von Pappeln mit Herbivoren ist unklar. Zudem ist es wichtig zu verstehen wie EMF-Inokulation den Metabolismus von Pappeln und dadurch deren oberirdische Interaktion beeinflussen. Hauptziel dieser Arbeit war es, die Kommunikation durch VOCs zwischen Pflanzen und Pilzen zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden die Modellarten Laccaria bicolor und Populus × canescens verwendet. Um die Spezifität von VOC-Mustern sowie Pflanzen-Reaktionen zu untersuchen, wurden einige andere EMF und nicht-Mykorrhiza bildende Pilze getestet sowie die Nicht-Wirtspflanze Arabidopsis verwendet. Um die Bedeutung von Isopren oder EMF auf oberirdische Herbivorie zu untersuchen, wurde die Präferenz des Pappelblattkäfers (Chrysomela populi) und des Weidenblattkäfers (Phrotara vitellinae) für nicht-Isopren emittierende Pappeln überprüft. Insbesondere wurden folgende Fragestellungen untersucht: i) Können EMF und Pilze anderer Lebensweisen aufgrund ihrer VOC-Emissions-Muster voneinander unterschieden werden? ii) Sind pilzliche VOCs an der Erkennung von EMF durch Pappel und Arabidopsis beteiligt und wenn dies zutrifft, welche Verbindungen der Volatilen-Mischung sind an der Reaktion beteiligt? iii) Ist die Isopren-Emission von Pappeln für die Orientierung von Pappelblattkäfern von Bedeutung? iv) Beeinflusst eine Inokulation von Pappeln mit EMF die Abwehr gegen den Pappelblattkäfer C. populi und wenn, welche Transkriptionsveränderungen in den Blättern von EMF-inokulierten im Vergleich zu nicht-inokulierten Pflanzen sind an dieser Reaktion beteiligt? Untersuchungen über Mykorrhiza-Interaktion mit Pappeln erfordern kontrollierte Kultivierungs-Systeme. Daher werden detaillierte Protokolle für die Anzucht von Pappelarten mit und ohne EMF unter axenischen und Freiland-Bedingungen angegeben. Zur Untersuchung der Interaktion zwischen Pappeln und EMF werden zwei-geteilte Wachstumssysteme für die Kultivierung der Pflanzen ohne direkten Kontakt zu EMF beschrieben. i) Um die Spezifität und Gemeinsamkeiten von VOCs von EMF und anderen, nicht-Mykorrhiza bildenden Pilzen zu untersuchen, wurden VOC-Muster von Pilzen verschiedener Lebenssweisen verglichen. In der vorliegenden Arbeit wurden die VOC-Emissionen der drei EMF Cenococcum geophilum, L. bicolor und Paxillus involutus (Stämme MAJ und NAU), der drei Pathogene Armillaria mellea, Pholiota squarrosa und Verticillium longisporum sowie der zwei Saprophyten Stropharia rugosoannulata und Trichoderma viride im Gasraum der Kulturen gesammelt. Die Pilze wurden in Petrischalen auf einem synthetischen Medium, welches eine geringe eigene VOC-Emission aufwies, angezogen. Alle VOCs, welche in Kontrollschalen ohne Pilz gemessen wurden, wurden aus dem Datensatz entfernt. Nach Entfernung dieser 40 Hintergrund-VOCs der Kontrollplatten verblieben 54 Pilz-VOCs. Die untersuchten Pilze unterschieden sich stark in ihrem VOC-Emissions-Profil. Nur 15 VOCs wurden bei allen Lebensweisen identifiziert; darunter die typische Pilz-VOC 1-octen-3-ol. Fünfzehn VOCs wurden zuvor noch nicht bei Pilzen gemessen und einige VOCs wurden nur bei einem Pilz oder einer Lebensweise gefunden. Insbesondere die Emission der Sesquiterpene (SQTs) unterschied sich stark zwischen den Pilzen. Multivariate Analysen der VOC-Profile gruppierte die Pilzarten nach ihren Lebensweisen. ii) Zur Ermittlung, ob Pilz-VOCs wichtige Signalstoffe für Pflanzen sind, unabhängig von ihrer Fähigkeit eine Mykorrhiza bilden zu können, wurden die Wirtspflanze P. × canescens und die Nicht-Wirtspflanze A. thaliana VOCs der EMF L. bicolor und C. geophilum ausgesetzt. Pflanzen und Pilze wurden in einem geschlossenen System mit zwei separaten Kompartimenten und gemeinsamem Gasraum kultiviert. Sammeln der Pilz-VOC-Emissionen in den Kontrollplatten mit den Pflanzen zeigte, dass Arabidopsis nur wenige VOCs emittierte, wohingegen sowohl in den Kulturen von L. bicolor als auch in der gemeinsamen Kultur von L. bicolor mit Pflanzen vor allem SQTs detektiert wurden. Die Seitenwurzelbildung von Arabidopsis und Pappel wurde durch L. bicolor-VOCs angeregt. C. geophilum, welcher nicht fähig ist SQTs zu bilden, hatte keine Wirkung auf die Wurzelstruktur. Unterdrückung der SQT-Synthese in L. bicolor durch Inhibierung des Mevalonat-Biosyntheseweges mit Lovastatin verminderte die Stimulierung der Seitenwurzelbildung signifikant. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass pilzliche SQTs Seitenwurzelbildung auslösen. Das schwach emittierte Thujopsen stimulierte die Seitenwurzelbildung sowohl in Abwesenheit des Pilzes als auch bei einer Unterdrückung der SQT-Biosynthese des Pilzes durch Lovastatin. Das SQT β-Caryophyllene hatte keinen Einfluss auf die Wurzelstruktur. Diese Arbeit zeigt, dass pilzliche SQTs, darunter das spezifische Thujopsen, wichtige Signalstoffe in der Interaktion zwischen EMF und Wirts- sowie Nicht-Wirtspflanzen darstellen. iii) Die Käfer C. populi und P. vitellinae sind typisch vorkommende Schädlinge in Pappelplantagen und können signifikante ökonomische Verluste verursachen. Zur Ermittlung, ob von Pappelblättern emittiertes Isopren von C. populi und P. vitellinae Käfern wahrgenommen wird und eine Rolle bei der Orientierung dieser Käfer spielt, wurden verschiedene Fraßversuche mit den Käfern und Isopren-emittierenden und transgenen nicht-Isopren-emittierenden Pappeln durchgeführt. Sowohl in Gewächshaus- als auch in Laborversuchen zeigten weder die Larven noch die Käfer eine Präferenz für Isopren-emittierende oder nicht-emittierende Linien. Unerwarteter Weise wurden eine verstärkte Eiablage und ein höherer Fraßschaden auf Isopren-emittierenden gegenüber nicht-emittierenden Linien unter Freilandbedingungen festgestellt. Metabolomanalysen wiesen auf Veränderungen in den Blättern, welche von der Pappellinie abhängig waren, und auf Effekte auf Terpen-Muster hin. Die Käfer waren in der Lage verschiedene Terpene wahrzunehmen, waren aber nicht in der Lage Isopren wahrzunehmen. Daher könnten kleine Veränderungen der VOC-Emission in den transgenen nicht-Isopren emittierenden Pappellinien durch Unterdrückung der Isopren-Produktion und/oder ausgelöste Veränderungen im Metabolom-Profil die Käfer-Präferenz verändert haben. Obwohl das Hauptziel der Untersuchung - Isopren - keinen Einfluss auf das Käferverhalten hatte, wurde das Käferverhalten auf den Pappeln durch Konsequenzen der Modifikation beeinflusst. Das Ausmaß dieses Effektes war jedoch marginal. iv) Unter natürlichen Bedingungen interagieren Pappeln zeitgleich mit unterirdischen und oberirdischen Organismen. Zur Untersuchung, ob eine Inokulation von Pappeln mit EMF in den Blättern molekulare Veränderungen hervorruft und ob diese Veränderungen das Verhalten von Pappelblattkäfern beeinflussen, hatten C. populi-Käfer die Wahl zwischen Pappeln, welche mit L. bicolor inokuliert waren, und solchen, die nicht inokuliert waren. C. populi präferierten die Nicht-inokulierten sowohl als Nahrung als auch zur Eiablage. RNA-Sequenzierung des Blatttranskriptoms deutete an, dass der Käferbefall eine starke Abwehrreaktion in den Pflanzen auslöste. Auch die EMF-Inokulation beeinflusste das Blatt-Transkriptom, jedoch nur von wenigen Genen. Im Vergleich zu den nicht-inokulierten Pappeln wiesen die inokulierten Pappeln verringerte Transkript-Abundanzen von Genen des Abscisinsäure-Signalweges und der Flavonoid-Biosynthese sowie erhöhte Transkript-Abundanzen der Biosynthesegene von Aldoximen auf, welche kürzlich als Abwehrstoffe identifiziert wurden. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass EMF die Abwehr gegen Herbivore aktivieren und dadurch den natürlichen Schutz von Pappeln verbessern. In jungen Pappeln verursachen EMF jedoch auch ein signifikant geringeres Wachstum. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Dissertation, dass EMF-VOC-Profile sich von jenen anderer Pilze oder anderer Lebensweisen unterscheiden und dass eine bestimmte chemische Gruppe, die SQTs, als Signalmoleküle in frühen Interaktionen mit Pflanzen fungieren. Zum ersten Mal konnte eine Pilz-VOC, Thujopsen, identifiziert werden, welche für die Stimulierung der Seitenwurzelbildung in Pflanzen verantwortlich ist. Es wurde gezeigt, dass die Haupt-Pappel-VOC Isopren nur eine geringe Rolle in oberirdischen Interaktionen mit dem Herbivoren C. populi spielt. EMF führten zu Transkriptveränderungen in Pappelblättern und einer reduzierten Attraktivität für C. populi Käfer. Die Ergebnisse dieser Dissertation können für biotechnologische Verbesserungen von Pappeln und verstärktem Schutz von Pappeln in Biomasseplantagen verwendet werden.

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Kurzumtriebsplantagen (KUP) bieten für eine Vielzahl von Organismen einen idealen Lebensraum. Einige Insektenarten reagieren darauf mit einer massenhaften Vermehrung. Besonders der Einfluss des Roten Pappelblattkäfers (Chrysomela (=Melasoma) populi) führte in den vergangenen Jahren vermehrt zur Schädigung von KUP. Bisher nehmen die Schäden noch selten bestandesbedrohende Ausmaße an, sind in der Tendenz jedoch klar zunehmend. Immer häufiger kommt es zu relevanten Zuwachsverlusten, verzögertem Austrieb und dem Ausfall einzelner Pflanzen. Daher werden im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes „AgroForNet“ Möglichkeiten der Überwachung, Prognose und Bekämpfung des Roten Pappelblattkäfers erforscht. Erste Ergebnisse aus dem Jahr 2011 zeigen vielversprechende Ansätze, mit denen sich C. populi effektiv überwachen und Schäden kostengünstig minimieren lassen.

This thesis focuses on various factors affecting effectiveness of aposematic signals against avian predators. Adult, wild-caught as well as hand-reared juvenile great tits (Parus major) were used as predators in the experiments. The thesis consists of the following four studies. In the first study, we compared the reactions of great tits from two geographically distant populations toward aposematic firebugs (Pyrrhocoris apterus) and their non-aposematic artificially made colour variant. The birds from the Bohemian population mostly avoided aposematic firebugs and attacked non-aposematic variant. Finnish birds, which lacked experience with firebugs from their natural environment, were less hesitant to attack both firebug colour forms. Although the Bohemian birds avoided the aposematic prey variant, they were not more neophobic than Finnish birds. We conclude that the geographic differences in reactions of the birds to aposematic prey can be explained by a different population-specific experience of the birds with local aposematic prey communities. In the second study, we compared effectiveness of two chemical defence strategies in leaf beetle larvae (Chrysomela lapponica) against great tits. The birds avoided larvae devoid of external secretions after the first attack, which indicates the presence...