Scale-dependent responses in cabbage herbivores affect attack rates in spatially heterogeneous systems

Herbivorous insects face a dilemma when selecting suitable hosts in a complex environment, and their sensory capability may often reduce the female capacity for proper selection. As a consequence, eggs are often deposited on inferior hosts, affecting both insect and host plant fitness. We examined the attack rates of three cabbage herbivores in monocultures and biculture plots of different Brassica oleracea genotypes, with different spatial heterogeneity. The main goals of the study were to improve our understanding of the spatial scales involved in herbivore search processes and to examine the possibility of using spatial heterogeneity for manipulating pest attack rates in cabbage cropping systems. The results showed that the host selection behaviour of the small white butterfly (Pieris rapae) was strongly dependent on spatial heterogeneity. The difference in egg density between plant genotypes was larger when contrasting plants were growing in close proximity than in monoculture. This suggests that P. rapae is able to differentiate among genotypes from a small distance, while selection is compromised at larger spatial scales. The two other herbivores in the study (Mamestra brassicae and Delia radicum) did not respond to heterogeneity at any spatial scale, but showed a constant preference hierarchy. This suggests that host selection in these species occurs after direct plant contact. The difference in species’ responses to spatial heterogeneity has consequences both for selection gradients in natural communities and for the potential to reduce pest attack in polyculture systems.

ZusammenfassungBei der Auswahl geeigneter Wirtspflanzen in einer komplexen Umwelt stehen herbivore Insekten häufig vor einem Dilemma, und die Beschränktheit der Sinne verringert häufig die Fähigkeit der Weibchen eine geeignete Wahl zu treffen. Als Folge werden häufig Eier auf minderwertigen Wirtspflanzen abgesetzt, was sowohl die Insekten- wie auch die Wirtspflanzenfitness beeinflusst. Wir untersuchten die Befallsraten von drei Kohlherbivoren in Monokulturen und Zweifachkulturen von unterschiedlichen Brassica oleracea Genotypen bei unterschiedlicher räumlicher Heterogenität. Die Hauptziele der Untersuchung bestanden darin, unser Verständnis darüber zu verbessern, welche räumlichen Skalen bei dem Suchprozess der Herbivoren eine Rolle spielen, und die Möglichkeit zu untersuchen, ob die räumliche Heterogenität genutzt werden kann, um die Befallsrate in Kohlanbausystem zu reduzieren. Die Ergebnisse zeigten, dass das Verhalten bei der Wirtswahl beim Kohlweißling (Pieris rapae) stark von der räumlichen Heterogenität abhing. Die Unterschiede in der Eidichte zwischen den Genotypen war größer als in Monokulturen, wenn unterschiedliche Pflanzen in direkter Nähe wuchsen. Dies lässt vermuten, dass P. rapae in der Lage ist, bei kurzen Distanzen zwischen verschiedenen Genotypen zu differenzieren, während die Auswahl auf größeren räumlichen Distanzen eingeschränkt ist. Die zwei anderen Herbivoren der Untersuchung (Mamestra brassicae und Delia radicum) reagierten nicht auf die Heterogenität auf irgendeiner räumlichen Skala sondern zeigten eine durchgehende Präferenzhierarchie. Dies lässt vermuten, das die Wirtsselektion bei diesen Arten direkt nach dem direkten Pflanzenkontakt erfolgt. Die Unterschiede in der Reaktion der Arten auf räumliche Heterogenität hat Konsequenzen für Selektionsgradienten in natürlichen Gesellschafen und für die Möglichkeit, in Polykultursystem den potenziellen Schädlingsbefall zu reduzieren.