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Habitat management and the use of plant-based resources for conservation biological control

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Universitat de Barcelona. Departament de Biologia Animal

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[eng] Modern agriculture has been focused on very intensive agricultural systems that depend on external inputs such as fertilizers or pesticides. These practices have lead to a simplification of the landscape and a decline of abundance of natural enemies. Nevertheless in the last years there has been an increasing interest in the application of more environmentally friendly techniques in agriculture, such as biological control (BC). Specifically, conservation biological control (CBC) involves the manipulation of the environment to enhance natural enemy’s effectiveness, which can be achieved by means of reducing harmful conditions or improving favourable ones. Habitat management, a part of the CBC approach, consists of selecting plants that provide natural enemies with resources such as non-host foods including pollen or nectar, alternative preys or hosts or shelter from adverse conditions. There are several forms of habitat manipulation approaches that may enhance natural enemy’s numbers in crops; of all those different strategies, the use of insectary plants to conserve beneficial insects has been greatly used.

The main objective of this work is to investigate the extent to which the use of vegetal resources may improve the CBC by means of habitat manipulation. This main objective has been developed in six specific objectives that have been carried out in sex chapters. In chapter 1, the potential of the Mediterranean plant Lobularia maritima to be used as an insectary plant for the conservation of the omnivorous predator Orius majusculus has been evaluated. This predator effectively preys on thrips in crops such as lettuce as its conservation in the Mediterranean area is very important. The results have shown that L. maritima provides the predator enough resources to survive in the absence of prey, which would allow the survival of the predator during periods of prey scarcity.

In chapter 2, both O. majusculus and O. laevigatus have demonstrated that they prey on thrips in L. maritima plants and they are able to control these pest populations on this insectary plant. At the same time, O. majusculus effectively reproduces on L. maritime with thrips as prey. Therefore, L. maritima can be considered a good insectary plant for the conservation of O. majusculus that does not enhance thrips populations.

Results in chapter 3 have demonstrated that different plant species affect very differently the survival, reproduction and nutrient status of the predatory bug O. insidiosus. These observed differences are in part due to the levels of access to the floral and extrafloral resources. Moreover, the predator reproduction is enhanced by an increase in biodiversity. These results show that it is very important to choose the most appropriate plant species for each specific situation and each specific CBC program.

In chapter 4 the interactions of two important predators have been evaluated. It has been observed that O. insidiosus and N. americoferus are able to detect one another when they share the same habitat and in fact, they change their reproductive decisions depending on if they are exposed to the other species or they are only exposed to conspecifics.

In chapter 5 tomato specific DNA markers have been designed. They allow the tomato DNA identification within the guts of three different species with different feeding habits in the laboratory. Moreover, these markers allow the tomato DNA identification within field collected insects.
In chapter 6 is has been demonstrated that the use of mulches in vineyards not only enhance the arthropods abundance on the vineyard soil but also they improve several ecosystem services such as soil temperature and moisture and earthworm populations. On the other hand they improved some harvest parameters and they reduce pest and diseases on the vineyard canopy.

Overall it can be concluded that the results of this work have demonstrated that the use of several vegetal resources can noticeably improve CBC programs despite the fact the vegetal species must be selected carefully and depending on every specific CBC program.

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[spa] La agricultura moderna se ha centrado en sistemas de producción muy intensivos, lo cual ha mermado considerablemente el estado de salud tanto del medio natural como de los enemigos naturales que en el habitan. Sin embargo en los últimos años ha habido una cada vez más marcada tendencia hacia sistemas agrarios más respetuosos con el medio ambiente. En éste contexto el control biológico (CB) ha tomado una mayor relevancia y el número de trabajos de investigación centrados en esta disciplina ha ido creciendo en las últimas décadas. Dentro del CB, el control biológico por conservación
(CBC) se basa en la conservación de enemigos naturales en campo bien mediante la mejora de aquellas condiciones que les favorecen bien mediante el detrimento de las condiciones que les perjudican. Dentro del CBC, la gestión del hábitat mediante el uso de plantas insectario favorece la conservación de dichos enemigos naturales en el campo, facilitando de esta manera el control de plagas en los cultivos.

El objetivo general de esta tesis ha sido el de investigar hasta qué punto el uso de recursos vegetales puede contribuir al CBC mediante la gestión del hábitat.

En el capítulo 1 se ha evaluado el potencial de una planta insectario mediterránea, Lobularia maritima, para conservar un importante depredador de trips, Orius majusculus, en cultivos como la lechuga. Esta planta ha demostrado que cuenta con los recursos suficientes para conservar a dicho depredador en el campo en periodos de escasez de presa.

En el capítulo 2 se ha obtenido que tanto O. majusculus como O. laevigatus son capaces de controlar a su presa principal, trips, en plantas de L. maritima, en condiciones de laboratorio; así mismo, O. majusculus se reproduce eficazmente cuando se alimenta en trips en dicha planta insectario. Por tanto, L. marítima permite tanto el establecimiento del depredador como el control de trips por parte del anterior, lo cual la presenta como una buena candidata para la conservación de O. majusculus.

En el capítulo 3 se ha observado que distintas especies vegetales afectan de manera muy diversa al desarrollo de otro depredador. O. insidiosus, y que dichas variaciones se deben en parte al acceso a los recursos florales y extra florales de las plantas. Este depredador además es capaz de optimizar su reproducción ante un aumento de la diversidad vegetal. Estos resultados revelan la importancia de elegir la especie vegetal más apropiada, evaluando cada contexto concreto.

En el capítulo 4 se ha obtenido que dos importantes depredadores, O. insidiosus y N. americoferus, son capaces de detectar la presencia el uno del otro cuando comparten el mismo hábitat y que, de hecho, alteran sus decisiones reproductivas dependiendo de si se ven expuestos a individuos conspecíficos o de otra especie.

En el capítulo 5 se han diseñado marcadores moleculares específicos de tomate que permiten la detección del mismo inmediatamente después de ser ingerido en 3 especies de insectos. Además estos marcadores permiten la detección de material vegetal de insectos de campo.

En el capítulo 6 se ha obtenido que el uso de mantillos vegetales en viña permiten una mayor población de artrópodos beneficiosos y de lombrices de suelo, comparado con el suelo desnudo. Por otra parte, mejora las condiciones del suelo, así como puede mejorar la calidad de la uva y la cosecha.

En general puede concluirse que los resultados de esta tesis han demostrado que el uso de varios recursos vegetales puede mejorar de manera notable la aplicación de programas de CBC, aunque las especies vegetales deben seleccionarse de manera cuidadosa y según se adapten mejor a cada situación concreta.

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Tesis Doctorals - Departament - Biologia Animal

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Habitat management and the use of plant-based resources for conservation biological control