Biodiversity of spiders (Araneae) and carabid beetles (Carabidae) on fields in Saxony

Im Rahmen eines Forschungsprojektes der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft erfolgten zönologische Studien in vier praxisrelevanten Bewirtschaftungsvarianten. Das primäre Untersuchungsziel bestand in der Einschätzung des Förderprogramms „Umweltgerechte Landwirtschaft (UL)“ hinsichtlich seiner Effekte auf die Biodiversität typischer Ackerstandorte im Freistaat Sachsen. Unter anderem wurden dazu Laufkäfer (Coleoptera: Carabidae) und Webspinnen (Araneae) als Indikatoren genutzt. Über die ökologische Bewertung der verschiedenen Bewirtschaftungsvarianten hinaus wird die Nutzung der Biodiversität von Ackerflächen und deren Indikation anhand von Raubarthropoden und anderen Organismengruppen diskutiert.The evaluation of the public support programme “Sustainable agriculture” (Free State of Saxony, Germany) demands the monitoring of the scheme’s effect on the biodiversity in fields. According to this aim, this study investigated different intensities of agricultural management in their effects on spiders and carabid beetles coenoses in Central Germany. The treatments included extensive sustainable agriculture, conventional agriculture and conventional fields with reduced soil tillage (mulched sowing and direct sowing). Arthropods were monitored by the means of pitfall traps (six repetitions per variant) on two different locations of Saxony called “Lößhügelland” and “Leipziger Tiefland”. To analyse their development, qualitative and quantitative parameters such as activity density, species diversity, pattern of dominance as well as other computed parameters were employed. Data on spiders (Araneae) was collected during a three-month catch period in 2003. In total, 17.178 individuals belonging to 74 species out of 15 families have been documented. Within the conventional variants at the location Lößhügelland, reduced soil tillage did have positive effects on the species diversity of the spider coenosis (ploughed: 32, mulched: 35, direct: 40). Some Lycosidae species, e.g. Trochosa ruricola and Pardosa pullata, did profit significantly of non-ploughing tillage systems. In comparison, 37 species were identified on the sustainable plot. At the location Leipziger Tiefland, a total of 38 species was documented for both the sustainable and the conventional ploughed variants. Again, the highest species diversity was found on the variant with direct sowing. However, sustainable agricultural management did seem to have a positive effect on the activity density of web-spinning spiders. On both sites, more individuals were found with sustainable treatment as compared to the conventional plots. Data on carabid beetles (Coleoptera, Carabidae) were collected during three-month sampling periods in 2002 to 2004. A total of 16.006 individuals belonging to 81 species were identified. The longer period of reduced soil tillage did not have significant effects on species diversity. However, some important species (e.g. Carabus auratus) showed significantly positive reactions on the conservation tillage systems. In most cases, the number of species was even higher on the ploughed plots. On the contrary, a significant positive effect on species diversity could be observed for ecological farming (59 species as compared to 45-48 species on the conventional variants). Additionally, activity densities and numbers of endangered species on the sustainable plots generally exceeded the conventional treatments. The ratio of correspondence (identity) between the treatments regarding species and dominance patterns was rather small. This hints to a high degree of variation within the carabid coenoses depending on the chosen soil tillage system. In summary, extensive sustainable agriculture and reduced soil tillage systems did have positive effects on spider and carabid coenoses in Central Germany. On the other hand, the coexistence of different intensities of agricultural management led to in a greater variety of epigeic coenoses. These results should be taken into account in developing further public support programmes

Efficacy of entomopathogenic nematodes against the frit fly Oscinella frit (L.) (Diptera: Chloropidae) on spring wheat

Die Larven der Fritfliege können während der Blattentwicklung und Bestockungsphase beträchtliche Schäden an Sommerweizen hervorrufen. Aufgrund der Diskussion um die Beizproblematik wurde nach alternativen Bekämpfungsmaßnahmen in der Frühphase der Pflanzenentwicklung gesucht. Deshalb wurde in den Jahren 2009 und 2010 eine Untersuchung zum Befall des deutschen Wechselweizens Triso und des ägyptischen Sommerweizens Sakha 93 mit Oscinella frit (L.) und deren Regulierung durchgeführt. Es wurden die entomopathogenen Nematoden Steinernema feltiae, Steinernema carpocapsae und Heterorhabditis bacteriophora sowie das Pyrethroid Karate Zeon auf ihr Potential zur Regulation der Larvenpopulation im Labor sowie unter Freilandbedingungen getestet. Im Labor erfolgte die Untersuchung befallener Pflanzen­proben aus den behandelten Freilandparzellen auf Vorhandensein und Vitalität der Fritfliegenlarven zur Bestimmung der Mortalitätsrate. Des Weiteren wurden befallene Pflanzen aus unbehandelten Randparzellen entnommen und aus ihnen Larven präpariert, welche dann in Petrischalen mit den Nematodenarten sowie Karate Zeon unter Verwendung der vollen, der halben und einem Viertel der Aufwandmenge über 3 Termine auf ihre Vitalität untersucht wurden. Es herrschten konstante Temperaturbedingungen von 25 ± 2°C. In diesem Versuch zeigte H. bacteriophora eine größere Effizienz als S. carpocapsae, im Freiland war S. carpocapsae erfolgreicher. Die Ergebnisse bestätigen Literaturangaben, die auf höhere Temperaturansprüche von H. bacteriophora hinweisen. Das Regula­tionspotential von S. feltiae lag unter denen der anderen Nematodenarten. In Abhängigkeit von der Konzentration und dem Larvenstadium konnten im Labor bei den Nema­toden wie auch bei Karate Zeon bis zu 100% Larvenmortalität erreicht werden. Die Spezies H. bacteriophora als effektivste Nematodenart im Labor erreichte bei Konzentrationen von 250 (¼), 500 (½) und 1000 (volle Aufwandmenge) infektiösen Nematoden pro ml eine Larvenmortalität bei L2-Larven von 74, 86 und 88% nach einem Tag sowie 90, 98 und 100% nach 7 Tagen. Bei den L3-Larven war das Ergebnis nach einem Tag um ca. 20% geringer, nach 7 Tagen wurde aber die gleiche Mortalität erzielt. Karate Zeon brachte im Vergleich zu H. bacteriophora denselben Erfolg. Weiterhin wurde zweimal wöchentlich der sichtbare Schaden durch die Fritfliegenlarven am Sommerweizen bonitiert und befallene Pflanzen wie bereits dargestellt im Labor untersucht. Die Schädigung der Pflanzen (%) war 2009 höher als 2010, offensichtlich beeinflussten die ungünstigen abiotischen Bedingungen 2010 das Befallsgeschehen negativ. Der Durchschnitt der bereits sichtbaren Schadsymptome im Freiland betrug vor der Behandlung 1,5% bei der deutschen und 2,3% bei der ägyptischen Varietät und erhöhte sich bis zum 14. Tag nach der ersten Applikation auf 24,7 bzw. 40,0%. Dieser signifikante Unterschied zwischen den Sommerweizenvarietäten ist auf die schnellere Entwicklung der deutschen Sorte zurückzuführen. Nach der zweiten Applikation reduzierten sich die sichtbaren Symptome. Weiterhin konnten signifikante Unterschiede der Behandlungen zur Kontrolle bezüglich Larvenmortalität, Befallsreduktion und Ertrag erkannt werden. Die Ergebnisse belegen in beiden Jahren, dass die Möglichkeit der effizienten Regulation mit entomopathogenen Nematoden im Sinne des Biologischen Pflanzenschutzes besteht.    The efficiency of three species of entomopathogenic nematodes (EPNs) (Steinernema carpocapsae, S. feltiae and Heterorhabditis bacteriophora) and one pyrethroid (lambda-cyhalothrin) were evaluated to control frit fly, Oscinella frit (L.) in the laboratory and field on two wheat varieties (Triso and Sakha 93) during 2009 and 2010. This is the first research studying the efficiency of EPNs against O. frit. Within seven days in laboratory tests, up to 100% mortality was observed in O. frit larvae with all nematodes and the pyrethroid; however, the pyrethroid was only 100% effective when high concentrations and young pest larvae were used. In laboratory tests, H. bacteriophora was more efficacious than S. carpocapsae against O. frit, while the latter was more efficient in field experiments. In 2009 field experiments, Steinernema carpocapsae was more efficacious than S. feltiae and H. bacteriophora; however, in 2010 S. carpocapsae and S. feltiae were more efficient than H. bacteriophora. Weather parameters affect the infestation percentages of O. frit and the efficiency of EPNs as well. Weather conditions in 2009 were warmer and with less rain (14.0°C and 0.9 mm) compared to 2010 (12.0°C and 3.1 mm) for mean temperature and rainfall, respectively. Thus, infestation percentages were greater in 2009 because weather conditions negatively affected oviposition and newly hatched larvae in 2010. In 2009 and 2010 the yield index was greater in Triso than Sakha 93 variety in weight of grains/ha. It can be concluded that λ-cyhalothrin, S. feltiae and S. carpocapsae were the most efficacious in O. frit control and consequently provided the greatest yields. These results confirmed that EPNs can be used as biocontrol agents in Integrated Pest Management (IPM) programs of O. frit.   &nbsp

Araneae as indicators in low-input strategies in crop protection

Ziel des Reduktionsprogramms chemischer Pflanzenschutz ist es, die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) auf das notwendige Maß zu begrenzen (Backhaus & al. 2005). Als geeigneter quantitativer Indikator für die Kennzeichnung der Pflanzenschutzmittel-Anwendungsintensität findet der Behandlungsindex Verwendung. Praxisstudien sollen zeigen, wie sich eine längerfristige Reduktion der Anwendung von PSM auf betrieblicher Ebene auf den ökologischen Status quo von Ackerflächen auswirkt.Reduction programs are designed to reduce chemical plant protection to a minimum. The intensity of plant protection can be measured by the treatment frequency index (BI). This study is interested in the ecological impact of a long-term reduction of chemical plant protection in commercial crop cultures. It investigates the effects of a 50 % treatment reduction on Araneae at three fields in Ochtmersleben (Saxony-Anhalt). In 2003, data collection focused on fields of winter wheat (100 % application, BI 3.5 vs. 50 % application, BI 1.9), spring wheat (100 % application, BI 4.6 vs. 50 % application, BI 0.8) and sugar beet (100 % BI 5.4 vs. 50 %, BI 2,7). In 2004, plots of winter wheat (100 %, BI 5.4 vs. 50 %, BI 3.3), spring wheat (100 %, BI 5.8 vs. 50 %, BI 4.0) and peas (100 %, BI 2.9; 50 %, BI 1.4) and in 2005: winter wheat (3.8 vs. 2.1), pea (4.1 vs. 2.2) and winter wheat (6.25 vs. 3.3) were investigated. Insecticides were applied in 2004 and 2005. In 2003-2005, 11,120 spiders belonging to 60 species out of 14 families have been documented. Activity density peaked in the 50 % variant of fields 1 - 3 (field 1: 2,373, field 2: 1,908, field 3: 1,940 spiders). It was lowest in field 3 (100 %) with 1,564 spiders. In 2003, a total of 6,951 spiders belonging to 41 species out of 12 families were caught in pitfall traps during the period 01/06/03 - 27/06/03. Activity density peaked in the 50 % variant of winter wheat with 1,427 individuals. It was lowest in both sugar beet variants (100 % variant: 891 specimens, 50 % variant: 1,074 specimen). The impact of plant protection on the spider activity was stronger when the measures were applied at an early date. The intensity of plant protection also influenced the species diversity (e.g. sugar beets 50 % variant: 15 species; 100 % variant: 10 species). In 2004, 1,341 spider individuals were collected during the period 01/06/04 - 06/07/04. The massive 80 % drop of spider activity compared to the previous year was likely due to the application of insecticides. A total of 41 species belonging to 12 families were identified. Again, Araneae activity peaked in winter wheat (650 specimen), followed by spring wheat (435 specimen) and peas (256 specimen). In 2005, a total of 2,828 individuals (Araneae) belonging to 38 species out of 9 families were identified (collecting period 08/06/05 - 06/07/05). More individuals (986) were found in winter wheat (50 %, field 1) compared to winter wheat (50 %, 659 species, field 3) and peas (50 %, 238 species, field 2). The results indicate that the impact of insecticides on the spider population was stronger the earlier insecticides were applied. In summary, a long-term reduction of chemical plant protection of 50 % did have positive effects on spider coenoses

On the occurrence and crop damage of wheat blossom midges (Contarinia tritici (Kby.) and Sitodiplosis mosellana (Geh.) in Saxony-Anhalt

Zu den Ährenschädlingen am Winterweizen zählen die Gelbe Weizengallmücke (C. tritici (Kirby)) und die Orangerote Weizengallmücke (S. mosellana (Géhin)) (Holland & al., 1996). In Abhängigkeit vom Befallsstadium der Weizenähre und der Biologie der Erreger sind folgende Schadsymptome bekannt: Verminderung der Kornzahl pro Ähre (C. tritici) bzw. geschrumpfte oder missgebildete Körner (S. mosellana) (Mölck, 2006). Der Saatgutwert wird beeinträchtigt und die Backqualität beeinflusst (Miller & Halton, 1961). Hinsichtlich Prognose und Überwachung des Auftretens von Weizengallmücken gab es bisher keine praxistauglichen methodischen Ansätze im Bundesland Sachsen-Anhalt. Hinzu kommt, dass der derzeit verstärkt praktizierte pfluglose Anbau von Weizen nach Weizen ein höheres Befallsrisiko erwarten lässt. Mit der Identifikation von Sexualpheromonen, die als hoch attraktiv für Männchen von S. mosellana gelten (Gries & al., 2000), eröffnen sich nun neue Prognosemöglichkeiten. Die effektive Nutzung von Pheromonfallen zum Monitoring von Gallmücken könnte somit ein erster Baustein zur Erarbeitung praxistauglicher Richtwerte darstellen. In einer zweijährigen Testphase wurde in Zusammenarbeit mit der Landesanstalt für Landwirtschaft, Forsten und Gartenbau geprüft, ob die Pheromonfallen eine Gradationswahrscheinlichkeit der Problemschädlinge, insbesondere in Risikofruchtfolgen signalisieren können. Die Ergebnisse sowie Daten zu weiteren Überwachungsansätzen werden präsentiert.Lemon wheat blossom midges (Contarinia tritici) and Orange wheat blossom midges (Sitodiplosis mosellana) (Diptera: Cecidomyiidae) belong to the most prominent insect pests in winter wheat (Holland & al., 1996). However, no practical method exists to predict or monitor the impact of these insect pests. There is also a lack of recent research on the issue particulary for Central Germany (older studies include: Lübke & Wetzel, 1984, Volkmar & 1989). Consequently, this study attempts to provide new data on the occurrence, monitoring and crop damage of wheat blossom midges. It also focuses on the impact of changing agricultural conditions such as wheat-to-wheat crop rotation, reduced soil tillage or different crop variants. A systematic survey of midge occurrence and crop damage in a wheat-to-wheat crop rotation was carried out at a research field (variants: Elvis, Altos in 2005) and conventional winter wheat fields in 2006 (variant Tommi). S. mosellana were monitored by means of pheromone traps. In 2006, white traps were tested as an alternative method to collect data on S. mosellana and C. tritici. Flight activity of adult midges was monitored on 13 different dates (Tab. 1). Crop damage was evaluated on 8 dates (Tab. 2). A total of 50 spikes per variant and date were randomly selected for microscopical examination. The analysis included parameters such as number of larvae per infested seed, number of corn thrips (larvae and adults) per spike or number of infested seeds per spike. In 2005, the activity of adult S. mosellana reached its peak in the phenological growth stage of full flowering (BBCH 65-69). The activity density was higher in the Elvis variant with 260 midges per trap (monitoring until mid-flowering) as compared to the Altos variant with 89 midges per trap (monitoring until the end of flowering period). In 2006, the activity of adult S. mosellana reached its peak in BBCH 51 (beginning of heading) with 246 midges per trap (Tommi variant). In 2005 the highest abundance of larvae per ear was established for BBCH 75 with an average of 2.1 (Altos) and 1.6 (Elvis). In 2006 these numbers were significantly higher. In the Tommi variant, an average of 14.3 larvae per ear was reached during BBCH 70-73. The ratio of midge-damaged kernels was evaluated in 2005 on BBCH 80-85 with 6.3 % (Altos) and 4.4 % (Elvis), while in 2006 a ratio of 23.5 % was reached in the Tommi variant. The results suggest that the intensity of crop damage depends on the correlation of two factors. The closer the activity peak of midges correlate with the sensitive wheat growth stage of heading (BBCH 50-59), the higher the crop damage. This is highlighted by the results of 2006 in the Tommi variant. In other cases, S. mosellana reached its activity peak much later (in 2005 during BBCH 65-69, resp. in 2006 on BBCH 73-75) and the ensuing crop damage was significantly smaller. In conclusion, the results of this survey in Central Germany stress the influence of changing agricultural conditions and regional cultivation concepts. They also recommend further studies that cover several years in open habitats

The influence of several seed dressings on epigeous arthropods in sugar beet fields

Bei der ökologischen Bewertung des Pflanzenschutzes richtet sich die Aufmerksamkeit insbesondere auf die epigäischen Nutzarthropoden. In zahlreichen Studien wurden vor allem die Auswirkungen von Pflanzen-schutzmittelanwendungen auf bestimmte Nützlinge untersucht (Basedow 1987; Kokta 1989; Wehling & Heimbach 1991; Samaké 1999; Schützel 2005). Da besonders Laufkäfer (Carabidae), aber auch Webspinnen (Araneae) und Kurzflügelkäfer (Staphylinidae), „als Bioindikatoren für die ökologischen Auswirkungen des Pflanzenschutzes in Feldstudien“ (Freier & al. 1999) herangezogen werden können, lag die Aufmerksamkeit auf den genannten Nutzarthropoden. Beim Anbau von Zuckerrüben gilt die Aussaat von pilliertem, monokarpem Saatgut als Standard. Die zum Schutz der Kulturpflanze bei Keimung und Aufgang verfügbaren Insektizide wirken effektiv gegenüber verschiedenen Schädlingen. Eine Beurteilung der insektiziden Wirkstoffe hinsichtlich ihrer Nebenwirkungen gegenüber Nützlingen und indifferenten Arten wird im Zulassungsverfahren durch Prüfung einzelner Testorganismen entsprochen (Scharnhorst 2004). Im Rahmen einer Diplomarbeit (Weber 2006) wurde überprüft, welchen Einfluss unterschiedliche Wirksubstanzen auf epigäische Nutzarthropoden unter Freiland-bedingungen ausüben. Als Untersuchungsobjekte wurden Webspinnen, Laufkäfer und Kurzflügelkäfer aus-gewählt, da sie als natürliche Regulatoren von Schaderregern gelten und ihnen im Agroökosystem wichtige Regelfunktionen zukommen (Volkmar & Kreuter 2006).Several field studies at two different locations in the area of Halle/Saale were carried out in the years 2004 and 2005 to study the effect of three different seed dressings including insecticidal components (pyrethroids, neonicotinoids). Their effect on epigeous arthropods in sugar beet fields were monitored using pitfall traps from April to October. Ground beetles (Carabidae) were determined up to the species, spiders (Araneae) and roove beetles (Staphylinidae) up to the family. Only the plots inspected in both years were taken into consideration. The numbers of collected individuals per trap were analyzed in relation to year and period of sampling. The trapping data showed that a Poisson distribution could be assumed. For this reason a generalized linear mixed model had to be adapted (glmm). The calculation was done using sas glimmix. Glimmix and the included an F test of effects on a global level and a Tukey test to compare the comparable data in the treatments. The results from the sampling data did not show any differences between the plots. It was found that on all plots comparable compositions of species exist. The statistical evaluation showed significant differences in the activity density of several carabides and linyphiides. The species of Pseudoophonus rufipes (De G.), Pterostichus melanarius (Ill.) and Anchomenus dorsalis (Pont.) have shown a significantly lesser activity density in seed treated plots compared with the control variant. Also the linyphiides showed lower activity in treated plots than in the untreated control plots. It is speculative how strong seed dressings had influenced the results. Therefore more investigations have to be carried out, for example on prey and pest densities

Structure of arthropod communities in Bt maize and conventional maize – results of redundancy analyses of long-term field data from the Oderbruch region in Germany

Im Oderbruch, ein wichtiges Befallsgebiet des Maiszünslers (Ostrinia nubilalis (Hübner)), wurde in den Jahren 2000 bis 2008 die Biodiversität der Arthropoden in halben Feldern jeweils mit Bt-Mais (BT) und nicht mit Insektiziden behandelten konventionellen Mais (CV) und teilweise in dreigeteilten Feldern mit BT und CV plus einer isogenen (IS) oder insektizid-behandelten Sorte (IN) untersucht. Drei unterschiedliche Arthropodengesellschaften – Pflanzenbewohner (PB), epigäische Spinnen (ES) und epigäische Laufkäfer (EL) – wurden mittels Bonituren der Pflanzen zu Beginn der Blüte (PB, 2000 bis 2007) und durch wöchentliche Bodenfallenfänge über vier Wochen nach Beginn der Blüte (ES und EL, 2000 bis 2008) erfasst. Die PB wurden je nach den Möglichkeiten auf unterschiedlichem taxonomischen Niveau und die ES und EL nach Arten bestimmt. Die Daten wurden syste­matisiert und für die Wahl der geeigneten statistischen Auswertungsmethode verifiziert. Die Redundanzanalyse erwies sich als geeignete Methode. Die Ergebnisse zeigten, dass 83,2% der Artenvariation der PB aus den Jahr-Ort-Termin-Kombinationen und Maisvarianten zu erklären waren. Bt-Mais steuerte nur 1,2% zur Artenkomposition bei, dennoch war dieser Anteil signifikant. Im Hinblick auf die ES und EL verursachten die Jahr-Ort-Kombinationen und die Maisvarianten 66,3% und 82,7% der Artenvariation. Der Beitrag von Bt-Mais war mit 1,5% und 1,2% in beiden Gesellschaften gering aber signifikant. Die Ergebnisse stimmen überein mit denen anderer Studien. Sie zeigen die enorme Dynamik der Arthropodengesellschaften in Maisbeständen und den geringen Effekt von Bt-Mais auf die Biodiversität.    The arthropod biodiversity was investigated in half-fields planted with Bt maize (BT) and non-insecticide treated conventional maize (CV) and in one-third fields planted with BT and CV plus either isogenic (IS) or insecticide-treated conventional maize (IN) in the Oderbruch region in the state of Brandenburg, Germany, an important outbreak area of the European corn borer, Ostrinia nubilalis (Hübner), from 2000 to 2008. Three different arthropod communities – plant dwelling arthropods (PDA), epigeic spiders (ES) and ground-dwelling carabids (GDC) – were enumerated by counting arthropods on maize plants during flowering (PDA, 2000 to 2007) or by pitfall trapping four weeks after the beginning of flowering (ES and GDC, 2000 to 2008). The counted arthropods (PDA) were determined to different taxonomic levels, and the spiders and carabids captured in pitfall traps were identified to species level. The data were systematized and verified for choice of appropriate statistical method. Redundancy analysis (RDA) proved to be a suitable method. The results showed that 83.2% of species variation in PDA was explained by year-site-date combinations and maize variant. Bt maize contributed only 1.2% to species composition, but this low rate was significant. Regarding the spiders and carabids communities, 66.3% and 82.7% of species variation was caused by year-site combinations and maize variant, respectively. The contribution of Bt maize was low but significant in both communities (1.5% and 1.2%, respectively). The results correspond with those of other studies. They show the enormous dynamics of arthropod communities on maize plants and on the ground and the relatively low effect of maize variant.   &nbsp

Synthesis and structure-activity relationships of cerebroside analogues as substrates of cerebroside sulphotransferase and discovery of a competitive inhibitor

Metachromatic leukodystrophy (MLD) is a rare genetic disease characterised by a dysfunction of the enzyme arylsulphatase A leading to the lysosomal accumulation of cerebroside sulphate (sulphatide) causing subsequent demyelination in patients. The enzyme galactosylceramide (cerebroside) sulphotransferase (CST) catalyses the transfer of a sulphate group from 3 '-phosphoadenosine-5'-phosphosulphate (PAPS) to cerebrosides producing sulphatides. Substrate reduction therapy for arylsulphatase A by inhibition of CST was proposed as a promising therapeutic approach. To identify competitive CST inhibitors, we synthesised and investigated analogues of the substrate galactosylceramide with variations at the anomeric position, the acyl substituent and the carbohydrate moiety, and investigated their structure-activity relationships. While most of the compounds behaved as substrates, alpha-galactosylceramide16was identified as the first competitive CST inhibitor. Compound16can serve as a new lead structure for the development of drugs for the treatment of this devastating disease, MLD, for which small molecule therapeutics are currently not available