Zur Prädisposition der Kiefer gegenüber nadelfressenden Lepidopteren

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1 Zur Prädisposition der Kiefer gegenüber nadelfressenden Lepidopteren Ralf Kätzel, Katrin Möller, Sonja Löffler Landeskompetenzzentrum Forst Eberswalde

2 Inhalte 1. Massenwechsel nadelfressender Lepidopteren in Brandenburg in Zeit und Raum 2. Befallsdisposition der Kiefer 3. Regenerationsfähigkeit der Kiefer nach Fraß

3 1. Akteure Kiefernspinner Forleule Kiefernspanner Nonne

4 Determinanten des Massenwechsels

5 Populationsdynamik in Tausend ha Blattwespen Kiefernspanner Forleule Nonne Kiefernspinner

6 Risiko der Gefährdung durch nadelfressende Kieferninsekten im Nordostdeutschen Tiefland Gefährdungsindex Grundlage: Schadindizes der einzelnen Kieferngroßschädlinge Häufigkeit des Auftretens von Massenvermehrungen (aus APEL et al. 2004)

7 Landeskompetenzzentrum Forst Eberswalde Kahlfraß Bsp. Kiefernspinner -im gleichaltrigen, aber auch stufigen Kiefernreinbestand

8 Pflanzenschutzmittel-Einsatz Entscheidungsgrundlage: Bestandesgefährdung PSM-Fläche Kiefernbestände in Brandenburg

9 2. Befallsdisposition der Kiefer Nahrungsqualität Nährstoffe Abwehrstoffe (quantitativ) Kohlenhydrate Aminosäuren Flavonoide Terpene

10 Abwehrstrategien quantitativ statisch >85 % TM hochmolek. Phenole Terpene Gymnospermae qualitativ induzierbar <2 % TM niedermolek. Enzyminhibitoren Alkaloide (10.000) Phytoalexine Angiospermae S. Löffler und R. Kätzel

11 Phenolstoffwechsel: Einteilung der Tannine

12 Einfluss des Genotyps 120 Procyanidine [µmol/g TM] Brandenburg Lettland Russland Frankreich Masuren Herkunft Jahr ortho-dihydroxyphenole [µmol/g TM] Brandenburg Lettland Russland Jahr Frankreich Masuren Herkunft

13 Prädisposition =Atraktantien - Repellentien 6 Dispositionsindex Nadelalter Brandenburg Lettland Frankreich Masuren Russland 3 Herkunft DP1*QPH *0,001

14 Einfluss von Stressfaktoren: N-Eutrophierung

15 Insektenentwicklung Mittl. PG [mg] Eier/Weibchen Puppengewichte (PG) und Eizahlen von Dendrolimus pini in Abhängigkeit vom %N- Gehalt der Nahrungsbäume (Lichterfelde, 1997) ,1-11,0 11,1-13,0 13,1-15,0 15,1-17,0 17,1-19,0 N-Gehalt [mg/g TM] 400 männl. PG weibl.pg Eier/Weibchen Eianzahl 0 Abhängigkeit zwischen weiblichen Puppengewichten und Eizahlen (Lichterfelde, 1997; N = 73 Tiere) 100 Puppengewicht [mg]/10 = potentiell mögliche Eianzahl 0 y = 0,0942x R 2 = 0, Puppengewicht (mg)

16 3. Regeneration der Kiefern nach Fraß Bsp. Massenvermehrung der Nonne in der Schorfheide, Luftbild: Fraßschäden nach Aussetzen der PSM-Behandlung 2003 Kahlfraß: 741 ha Starker Fraß: ha

17 Kiefernregenerationsversuch Rev. Rarangsee Nonnen-Rasterfläche Rev. Rarangsee Abt. 167 b Karl-Heinz Apel Annett Engelmann Matthias Wenk Sonja Löffler

18 Fraßintensität und Erholung Ergebnisse zur Regeneration nach Fraß von Kiefernspinner bzw. Nonne abgestorbene Stämme in % Kiefernspinner ( ) Nonne ( ) Potenziell (Nonne ( )) Potenziell (Kiefernspinner ( )) y = 392,86x -1,0417 y = 243,27x -1, Durchschnittliche Restbenadelung des Bestandes nach dem Fraß in %

19 Einfluss von Klimaextremen Jahrhundertsommer Landeskompetenzzentrum Forst Eberswalde Nonnen-Rasterfläche Rev. Rarangsee Abt. 167 b Kiefernspinner-Rasterfläche BFoA Damelang Abt. 94 b1d M. Wenk

20 Wie frühzeitig kann das Regenerationspotenzial der Kiefer nachgewiesen werden? Anpassung Insektenfraß Kiefern-Reinbestand, 80 Jahre im Revier Rarangsee nach Nonnenfraß 2003 Auswahl von 75 Bäumen Einschätzung der Restbenadelung der Bäume (80 % bis 1 %) Bestimmung von 38 Nadelparametern (u.a. Nadeltrockenmasse, Osmolalität, Nährstoffgehalte, biochemische Inhaltsstoffe) mittels Faktorenanalyse und Clusterung Maß für den physiologischen Zustand der Nadeln (und des Baumes?)

21 Physiol. Regenerationspotenzial Anpassung Insektenfraß Gesamtchlorophyll [mg/g TM] 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 N = 100-Nadel-Trockenmasse [g] 3 1 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 9 1,0 10,5 0, N = Restbenadelung [%] Nj, Untersuchungsjahr Nj Kohlenhydrate [µmol Glycosyleih./g TM] N = Restbenadelung [%] Fläche Level II Nonnenfraß S. Löffler und R. Kätzel

22 Gruppierung (Clusterung) der Bäume Anpassung Insektenfraß Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 niedrigster Chlorophyllgehalt, niedrigster Aminosäureund Prolingehalt und niedrigster Kohlenhydratgehalt signifikant höchster Chl/Carotinoid- Verhältnis-Faktor, der Erhöhung des Ascorbatgehaltes mit beschreibt höchster Chlorophyllgehalt, höchster Aminosäureund Prolingehalt und höchster Kohlenhydratgehalt Physiologie im Optimum physiologische Alarmphase Physiologie ausgerichtet auf höchste Stoffwechselaktivität, hohe Gehalte der löslichen Aminosäuren und des Prolins (bei Ausschließen von N-Stress) sowie die hohen Kohlenhydratgehalte lassen bereits auf Störungen im Stoffwechsel schließen 48 Bäume 20 Bäume 7 Bäume S. Löffler und R. Kätzel

23 Clusterzuordnung der Bäume 3 Anpassung Insektenfraß Pigment-Verhältnis-Faktor Cluster Stressfaktor

24 Regenerationspotenzial nach Nonnenfraß 4,5 Gesamtchlorophyll [mg/g TM] 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1, ,0 N = Restbenadelung [%]

25 Die Kosten der Abwehr: Growth or defense 32 Negative Korrelationen Baumhöhe [m] Herkunft Masuren 22 Lettland Vanillin+-Verbindungen [µmol/g TM] Russland Frankreich Brandenburg Total Population R-Qu. = 0,3283 Baumhöhe [m] Baumhöhe /Tannine Herkunft Russland Masuren Lettland Frankreich Brandenburg Total Population R-Qu. = 0,2502 Procyanidine [µmol/g TM]

26 Zusammenfassung Beeinflussung der Prädisposition durch Genotyp und Umweltfaktoren über die Konstellation von attraktiven und repellenten Inhaltsstoffen Nahrungsqualität (Nadel) beeinflusst sensible Entwicklungsphasen der Lepidopteren Regeneration der Kiefern nach Kahlfraß ist aufgrund physiologischer Anpassungsprozesse ab >10 % Restbenadelung möglich Konstellation biochemischer Nadelinhaltsstoffe ermöglicht Prognosen zur Überlebenswahrscheinlichkeit