Biological control of wireworms (Agriotes spp.) in potato cultivation using the entomopathogenic fungus Metarhizium brunneum: Factors that influence the effectiveness of mycoinsecticide formulations

Abstract

Die landwirtschaftliche Produktion von Ackerbaukulturen ist eine der wichtigsten Aufgaben, um die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren. Da die für den Ackerbau geeigneten Flächen begrenzt sind, spielt der Pflanzenschutz durch die Bekämpfung von Unkräutern, mikrobiellen Krankheitserregern, Viren und tierischen Schädlingen eine Schlüsselrolle bei der effizienten Nutzung der vorhandenen Felder. Unter den tierischen Schädlingen verursachen Insekten bei weitem die größten wirtschaftlichen Verluste, indem sie durch den Befall ober- oder unterirdischer Pflanzenteile den Ertrag oder die Ertragsqualität mindern. Ein Beispiel für bodenbewohnende Schadinsekten sind Drahtwürmer, die Larven von Schnellkäfern (Coleoptera: Elateridae), die weltweit als wichtige Schädlinge im Kartoffelanbau gelten. In Deutschland stellen Drahtwürmer der Gattung Agriotes, mit den am weitesten verbreiteten Arten A. obscurus, A. lineatus und A. sputator, eine ernsthafte Bedrohung für Landwirte dar, die Speisekartoffeln erzeugen. Da die Europäische Kommission wirksame Agrochemikalien für den Pflanzenschutz aufgrund ihrer schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt verboten hat, ist die Drahtwurmbekämpfung im Kartoffelanbau nur begrenzt möglich. Auf der Suche nach nachhaltigen Alternativen im Rahmen des integrierten Pflanzenschutzes ist die biologische Bekämpfung von Drahtwürmern mit entomopathogenen Pilzen in der aktuellen Forschung sehr populär. Obwohl die Pathogenität von Metarhizium brunneum-Isolaten gegen Drahtwürmer der Gattung Agriotes bestätigt und verschiedene Mykoinsektizid-Formulierungen entwickelt wurden, ist die Wirksamkeit im Feldeinsatz sehr unterschiedlich und die genauen Ursachen sind kaum bekannt. In der vorliegenden Dissertation wurde das Drahtwurmbekämpfungspotenzial von zwei neuen Formulierungen auf der Grundlage des entomopathogenen Pilzes M. brunneum eingehender untersucht. Ein Granulat (AgriMet-Granulat) und ein lösbares Pulver (AgriMet-Trockenprodukt) wurden für die Ausbringung in den Boden während der Kartoffelpflanzung getestet, um die jeweilige Drahtwurmpopulation als Teil einer inokulativen Biokontrollstrategie zu reduzieren. Vor der Feldtestung zeigten Laborversuche mit dem AgriMet-Granulat, dass der erforderliche Kontakt zwischen den infektiösen Konidien und den Larven wahrscheinlich zustande kommt, da mit Hilfe eines Y-Olfactometer eine anziehende Wirkung der Formulierung auf A. obscurus, A. sputator und A. lineatus beobachtet wurde. Neben der olfaktorischen Präferenz für das AgriMet-Granulat akzeptierten die Larven den Träger als Nahrungsquelle, was das Bekämpfungspotenzial der Granulat-Formulierung unterstrich. Das AgriMet-Trockenprodukt enthielt keine zusätzlichen Lockstoffe und sollte seine Wirkung über die gleichmäßige Verteilung in die Furche des Kartoffeldaches mit der Spritzung der Kartoffelbeize entfalten. Die Anwendung der AgriMet-Formulierungen während der Kartoffelpflanzung wurde jedoch durch die Kompatibilität des formulierten M. brunneum-Isolats mit nur einem Wirkstoff der im Kartoffelanbau üblichen Fungizid-Saatgutbeizmittel eingeschränkt. Ein weiteres Defizit in Bezug auf die Formulierungseigenschaften der getesteten Mykoinsektizide war ein Verlust der Lebensfähigkeit der Pilze nach der Lagerung oder dem Versand, der bei Qualitätskontrolltests festgestellt wurde. Trotz dieser technischen Hindernisse wurde die Wirksamkeit des AgriMet-Granulats und des AgriMet-Trockenprodukt in einem mehrjährigen Feldversuch (2018-2020) getestet, und es wurde eine signifikante Reduzierung der Drahtwurmknollenschäden beobachtet. Die Wirksamkeit war jedoch relativ gering und variierte zwischen den Versuchsjahren. Als Teil der angestrebten inokulativen Biokontrollstrategie war eine Pilzvermehrung am Zielort erforderlich, um das letale Potenzial für eine angemessene Wirksamkeit aufzubauen. Die Pilzvermehrung wurde durch die Bestimmung der koloniebildenden Einheiten von Metarhizium spp. nach der Anwendung der AgriMet-Formulierungen im Kartoffeldamm untersucht, jedoch nicht im ausreichendne Maß beobachte. Ein wichtiger Faktor, der die Pilzvermehrung und damit die Wirksamkeit beeinflusste, war die niedrige Bodentemperatur (< 17 °C) während der Ausbringung im Frühjahr. Die unzureichende Rhizosphären-Kompetenz von M. brunneum bei niedrigen Bodentemperaturen stellt eine große Herausforderung für den beabsichtigten Einsatz der Mykoinsektizide bei der Kartoffelpflanzung im April oder Mai dar. Zusätzlich zu diesem ökologischen Problem wurde bei der Prüfung der geeigneten Aufwandmengen der Formulierungen in standardisierten Gewächshaus- und Labor-Bioassays ein intrinsischer Faktor identifiziert, der die Wirksamkeit beeinflusst. Neben den hohen Aufwandmengen, die zum Schutz der Kartoffelknollen erforderlich sind, wurde festgestellt, dass das verwendete M. brunneum-Isolat Unterschiede in der Virulenz gegenüber A. obscurus, A. sputator und A. lineatus aufwies, wobei A. obscurus am empfindlichsten war. In Anbetracht gemischter Drahtwurmpopulationen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen scheint die Anwendung von Mykoinsektiziden auf der Grundlage eines einzigen M. brunneum-Isolats mit Unterschieden in der Virulenz gegen die wichtigsten Drahtwurmarten ungeeignet zu sein. Daher wurde die kombinierte Behandlung von zwei Metarhizium spp.-Isolaten, die jeweils ein spezifisches Virulenzprofil aufwiesen, getestet, um die Wirksamkeit im Feldeinsatz zu erhöhen, indem mehrere Drahtwurmarten in gleichem Maße abgetötet werden. Obwohl eine additive Wirksamkeit gegen A. obscurus und A. sputator mit nahezu gleichen Überlebenswahrscheinlichkeiten nach der kombinierten Behandlung beobachtet wurde, stellen Unterschiede in der Vermehrungsleistung der getesteten Isolate eine Herausforderung für die nachfolgende Formulierung dar. Die identifizierten technischen, ökologischen und intrinsischen Faktoren zeigen die Komplexität des Einsatzes des entomopathogenen Pilzes M. brunneum gegen Drahtwürmer im Kartoffelanbau und müssen bei der künftigen Entwicklung marktfähiger Mykoinsektizide berücksichtigt werden. Der kommerzielle Erfolg von Mykoinsektiziden hängt von der Schaffung eines letalen Potenzials am Zielort gegen die wichtigsten Drahtwurmarten ab, weshalb die Anwendung in das ganzheitliche agronomische System eingebettet sein sollte, um geeignete Bedingungen für die pilzliche Wirkungsweise und damit eine effektive Drahtwurmbekämpfung zu schaffen.