Effects of inter-annual landscape change on interactions between cereal aphids and their natural enemies

The agricultural intensification and the subsequent habitat changes in agroecosystem can strongly affect biological control services. We here examine the influence of inter-annual landscape change in wheat field area on interactions of cereal aphids and their natural enemies, as well as the efficacy of biological control using data collected from a 4-year experiment in Northwest China. Two hypotheses were tested. (i) Population densities decline following an inter-annual expansion of wheat crop proportion cover due to dilution and crowding effects. (ii) Species that are specialists or at higher trophic levels are more sensitive to bottom-up disturbance by inter-annual change in percent cover of wheat crop. Results showed the population densities of one cereal aphid (Macrosiphum avenae), one parasitic wasp (Aphidius avenae), two specialist predators (ladybirds: Hippodamia variegata and H. tredecimpunctata) and one hyperparasitic wasp (Pachyneuron aphidis) declined following the expansion of wheat crop areas, supporting the predictions of inter-annual dilution and crowding effects. In contrast, the populations of one cereal aphid (Schizaphis graminum), one parasitic wasp (A. gifuensis), two generalist predators (spiders: Pardosa astrigera; carabid beetles: Chlaenius pallipes), and two hyperparasitic wasps (Asaphes suspensus, and Alloxysta sp.) did not respond to inter-annual landscape change. The two hypotheses were partially supported but with noticeable exceptions, and the bio-control efficiency declined with the increase of the proportion cover of wheat field in agricultural landscape. Overall, different responses of cereal aphids and their natural enemies make it difficult but still possible to optimize inter-annual landscape change for enhancing the parasitism rate and predator-prey ratio.

ZusammenfassungDie Intensivierung der Landwirtschaft und die daraus folgenden Änderungen der Habitate in Agrarökosystemen können die biologische Schädlingsbekämpfung stark beeinflussen. Wir untersuchen hier den Einfluss der jährlichen Änderungen des Flächenanteils von Weizenfeldern in der Landschaft auf die Interaktionen zwischen Getreideblattläusen und ihren natürlichen Feinden sowie auf die Effektivität der biologischen Schädlingsbekämpfung. Wir nutzten Daten aus einem vierjährigen Experiment im Nordwesten Chinas. Zwei Hypothesen wurden getestet: (1) Nach einer Ausweitung des Flächenanteils der Weizenfelder gehen die Populationsdichten zurück als Folge von Verdünnungs- und Konzentrationseffekten. (2) Spezialisten und Arten höherer Trophiestufen sind empfindlicher gegen die bottom-up-Störung durch die von Jahr zu Jahr wechselnden Flächenanteile der Weizenfelder.Die Ergebnisse zeigten, dass die Populationsdichten einer Getreideblattlaus (Macrosiphum avenae), einer parasitoiden Wespe (Aphidius avenae), zweier spezialisierter Räuber (Marienkäfer: Hippodamia variegata und H. tredecimpunctata) und einer hyperparasitischen Wespe (Pachyneuron aphidis) in Folge der Zunahme der Weizenfelder abnahmen, was die Vorhersage von Verdünnungs- und Konzentrationseffekten unterstützt. Dagegen reagierten die Populationen einer Getreideblattlaus (Schizaphis graminum), eines Parasitoiden (A. gifuensis), zweier generalistischer Räuber (Spinnen: Pardosa astrigera; Laufkäfer: Chlaenius pallipes), und zweier Hyperparasitoide (Asaphes suspensus und Alloxysta sp.) nicht auf die alljährlichen Änderungen der Landschaft.Die beiden Hypothesen wurden zum Teil bestätigt, aber mit auffälligen Ausnahmen, und die Effektivität der biologischen Kontrolle sank mit der Zunahme des Flächenanteils der Weizenfelder. Insgesamt machen es die unterschiedlichen Reaktionen der Getreideblattläuse und ihrer natürlichen Gegenspieler schwierig aber nicht unmöglich, die jährlichen Änderungen der Landschaft so zu optimieren, dass Parasitierungsraten und das Räuber-Beute-Verhältnis gesteigert werden.