Da sich die Nachweise für die Wirksamkeit natürlicher Schädlingsbekämpfungsstrategien häufen, besteht weltweit Interesse an der Umsetzung nachhaltiger landwirtschaftlicher Verfahren, um weniger nachhaltige Schädlingsbekämpfungsmethoden wie den Einsatz von Pestiziden zu ergänzen oder zu ersetzen. Die Förderung der Einführung natürlicher Schädlingsbekämpfungsstrategien hängt zum Teil davon ab, zu wissen, wo sie am wirksamsten sind, aber diese Vorhersagen zu treffen, bleibt eine Herausforderung für Ökologen. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams, die in der Fachzeitschrift Ecological Applications veröffentlicht wurde, legt nahe, dass Archetypenmodelle - Modelle, die auf der Grundlage ökologischer Theorien und wiederkehrender Muster in den modellierten Systemen entwickelt wurden - Ökologen bei ihren Bemühungen um die Vorhersage von Schädlingsbekämpfungsleistungen in Landschaften helfen könnten.
Die Fähigkeit zur Förderung der natürlichen Schädlingsbekämpfung durch Pflanzenvielfalt und Nützlinge, die Schadinsekten jagen (d. h. natürliche Feinde), wird nicht nur durch lokale Landbewirtschaftungspraktiken, sondern auch durch breitere Landnutzungsmuster in der Umgebung eines Betriebs beeinflusst. So kann beispielsweise die Leistung einer natürlichen Schädlingsbekämpfungsstrategie in Betrieben, die von alten Wäldern umgeben sind, wesentlich besser oder schlechter sein als in ähnlichen Betrieben, die von intensiv bewirtschafteten landwirtschaftlichen Feldern umgeben sind. Dies deutet darauf hin, dass Landschaften theoretisch so gestaltet werden könnten, dass sie die natürlichen Schädlingsbekämpfungsleistungen verbessern. In der Praxis ist die Beziehung zwischen Schädlingsbekämpfungsleistungen und Landschaften jedoch nur schwer festzustellen. Frühere Beobachtungsstudien haben gezeigt, dass Schädlingsbekämpfung und Ernteerträge stark kontextabhängig sind, was es den Forschern schwer macht, vorherzusagen, wo natürliche Schädlingsbekämpfungsstrategien den größten Nutzen bringen.
Ökologische Modellierer haben versucht, diese Herausforderung zu meistern, indem sie natürliche Schädlingsbekämpfungssysteme mit Hilfe mechanistischer Modelle bewertet haben, die die Interaktionen zwischen den verschiedenen Akteuren (z. B. Schadinsekten oder natürliche Feinde) im System quantifizieren. Während mechanistische Modelle in der klassischen Forschung zur biologischen Schädlingsbekämpfung viele Erkenntnisse gebracht haben, stehen Ökologen, die komplexe natürliche Schädlingsbekämpfungssysteme modellieren, vor grundlegenden Abwägungen. Ein früherer Übersichtsartikel des Erstautors Nikos Alexandridis von der Universität Lund und seiner Kollegen, der 2021 in der Zeitschrift Biological Control veröffentlicht wurde, zeigte, dass die Komplexität und Kontextabhängigkeit agrarökologischer Systeme die Vorhersage von Wechselwirkungen zwischen Pflanzen, Schädlingen und natürlichen Feinden erschwert und dass mechanistische Modelle oft das Generalisierte dem Realismus opfern müssen oder umgekehrt.
Alexandridis beschreibt: "Angesichts der schwierigen Herausforderung, das Verhalten natürlicher Systeme unter starkem menschlichen Einfluss vorherzusagen, müssen sich Ökologen in der Regel entscheiden, wie viele Systeme sie modellieren oder wie genau sie diese modellieren." Das bedeutet, dass bestehende Modelle zur natürlichen Schädlingsbekämpfung in der Regel entweder zu spezifisch sind, um auf verschiedene Landschaftstypen angewandt zu werden, oder zu weit gefasst, um handlungsfähige Managementempfehlungen zu geben.
Die neue Studie in Ecological Applications schlägt vor, dass diese Herausforderung durch die Kombination von Wissen und Daten aus korrelativen Studien von Insektenmerkmalen mit kausalen Beziehungen aus der ökologischen Theorie überwunden werden könnte. Um diese gegensätzlichen Ansätze zu verbinden, adaptieren die Autoren das Konzept der Archetypen oder "kontextspezifischen Verallgemeinerungen" aus der Nachhaltigkeitswissenschaft.
"Dieses aufstrebende Gebiet steht vor ähnlichen Herausforderungen bezüglich Komplexität und Kontextabhängigkeit, die die Forschung entweder zu großen Theorien mit begrenzter Anwendbarkeit oder zu fallspezifischen Erklärungen drängen. Archetypen liegen zwischen diesen beiden Extremen und stützen sich auf wiederkehrende Muster, um Erklärungen von mittlerer Allgemeingültigkeit zu liefern, ähnlich wie Theorien mittlerer Reichweite in der Soziologie", erklärt Alexandridis.
Die Zielsetzung dieser Studie war die Anwendung eines Archetyp-Ansatzes, um wiederkehrende Muster in der natürlichen Schädlingsbekämpfung zu identifizieren, die auf die wichtigsten Agrarökosysteme weltweit angewendet werden können. Auch wenn es beispielsweise keine einheitliche Beziehung zwischen der Landschaftszusammensetzung und der natürlichen Schädlingsbekämpfung im Allgemeinen gibt, schlagen die Autoren vor, dass die Gruppierung von Insekten und ihren natürlichen Feinden entsprechend ihrer lebensgeschichtlichen Merkmale eine besser vorhersagbare Reaktion auf bestimmte Landschaftsmerkmale hervorrufen könnte. Wie sie erläutern, reagieren Organismen aus verschiedenen Systemen oft ähnlich auf Veränderungen in der Landnutzung, wenn sie nach spezifischen Eigenschaften, wie z. B. ihren Ernährungs- oder Ausbreitungsmerkmalen, gruppiert werden. Die Entwicklung von Archetypen durch die Definition von Insektengruppen, die solche Merkmale gemeinsam haben, könnte es den Wissenschaftlern ermöglichen, die natürliche Schädlingsbekämpfung in verschiedenen Agrarökosystemen, die gemeinsame Schlüsselmerkmale aufweisen, darzustellen.
Die Autoren liefern den konzeptionellen Beweis eines solchen Ansatzes, indem sie zwei Pflanzenschädling-Feind-Archetyp-Modelle entwickeln, die zwei Gruppen von Schädlingen und ihre zugehörigen natürlichen Feindkomplexe mit unterschiedlichen Lebensraumpräferenzen beschreiben: Ein Modell beschreibt einen ansässigen Schädling, der das ganze Jahr über auf dem Acker bleibt, und ein anderes einen vorübergehenden Pflanzenschädling, der für einen Teil des Jahres in Lebensräumen ohne Kulturpflanzen zu finden ist. Anschließend testeten sie die Fähigkeit der Modelle, Beobachtungen der natürlichen Schädlingsbekämpfung als Reaktion auf Veränderungen der Landschaftszusammensetzung und -konfiguration in Europa zu reproduzieren.
Die Studie ergab, dass Unterschiede in den Überwinterungseigenschaften der Schädlinge (d. h. ansässige oder vorübergehende Schädlinge) zu auffallend unterschiedlichen Ergebnissen bezogen auf Landnutzungsgradienten führten. Die vorhergesagten Reaktionen stimmten auch mit den Mustern überein, die für diese Arten in ganz Europa auf Feldern beobachtet wurden. Sie zeigen, dass Archetyp-Modelle nicht nur das Potenzial haben, Unstimmigkeiten in den beobachteten Mustern der natürlichen Schädlingsbekämpfung aufzulösen, sondern auch aussagekräftige Voraussagen über wichtige bereitgestellte Ergebnisse wie vermiedene Schädlingsschäden oder gesteigerte Ernteerträge zu liefern, die über verschiedene Agrarökosystemen hinweg oft schwer genau zu messen sind.
Insgesamt zeigen die Autoren, dass Archetyp-Modelle das Potenzial haben, scheinbar widersprüchliche Reaktionen der natürlichen Schädlingsbekämpfung bezogen auf dieselben Bewirtschaftungsstrategien zu erklären. Sie könnten als Bausteine für ein Upscaling von Modellen zur natürlichen Schädlingsbekämpfung in Agrarökosystemen dienen, die ein Mosaik von Agrarkulturen umfassen, welche verschiedene Schädlingeund natürliche Feinde beherbergen. Emily Poppenborg Martin von der Leibniz Universität Hannover, gemeinsam mit Yann Clough von der Universität Lund, Erstautorin der Studie, erklärt: "Die Suche nach einfachen, aber präzisen Methoden zur Modellierung und Vorhersage der natürlichen Schädlingsbekämpfung in Nutzpflanzen ist eine große Herausforderung, mit der wir uns gerade erst befassen, obwohl sie von entscheidender Bedeutung für unsere Fähigkeit ist, die Landwirtschaft auf Nachhaltigkeit umzustellen. Archetyp-Modelle zur Schädlingsbekämpfung sind ein wichtiger Schritt in diese Richtung - und wir zeigen hier, dass sie tatsächlich funktionieren können, um Voraussagen zu treffen und Auswirkungen der land(wirt)schaftlichen Bewirtschaftung weltweit zu simulieren."
Vielen Dank für die deutsche redaktionelle Unterstützung durch Petra Melloh.
