Optische Manipulation der visuellen Wahrnehmung von Weißen Fliegen und Blattläusen zur Reduzierung des Initialbefalls von gartenbaulichen Kulturpflanzen

Research output: Thesis › Doctoral thesis

Authors

  • Jan-Uwe Niemann

Research Organisations

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Details

Original languageMultiple languages
QualificationDoctor rerum horticulturarum
Awarding Institution
Supervised by
  • Hans-Michael Poehling, Supervisor
Date of Award14 Jul 2023
Place of PublicationHannover
Publication statusPublished - 2023

Abstract

The optical manipulation of insect pests, together with other preventive measures, forms the basis for integrated crop protection systems. The manipulation of the visual perception makes it more difficult for insects to find their hosts and thus reduces the infestation rate. Particularly in the case of insects with high reproduction rates, the reduction in initial infestation can already be decisive for keeping below later damage thresholds. The underlying basis for this is the visual ecology of insects and their visual perception and subsequent behaviour. The approaches to optical manipulation that emerge from this perception range from the use of contrast effects to coloured traps and the use of repellent materials. Developments in the field of light-emitting diodes have also made it possible to use narrow-band light for optical manipulation. Various experiments were carried out in the greenhouse on the optical manipulation of different aphid and whitefly species. In the first experiment, the behaviour of two different whitefly species, Trialeurodes vaporariorum and Aleyrodes proletella, was manipulated using white and green films. White film as mulch under the plants had a significant influence on the landing frequency of T. vaporariorum, while the effect was less strong for A. proletella. The hypothesis that the reflection in the blue area was responsible for this repellent effect was investigated in a later experiment with LEDs. The green foil, which was supposed to optically mask the plants, also showed an effect, but this was not sufficient for a practical application of the method in the field. In field trials with the model crop lettuce, different black/grey and green films were investigated. In the trials, commercially available polyethylene films were compared with self-developed spray films. The open soil served as a control. The black films showed a highly significant influence on the influx rate of Nasonovia ribisnigri. The green films did not show an effective protective mechanism that could sufficiently limit the influx, even in the field trial. The self-developed spray film showed technical problems that are to be solved in a forthcoming follow-up project. Here, combinations of the mulch cover with other measures of integrated pest management to form an overall system are also to be investigated. In order to test whether the blue-green antagonism described in the literature can also be used directly in crop protection, greenhouse trials were carried out with blue LEDs. The system used in the trial emitted light directly from the crop. The trials showed that the influence of the system on T. vaporariorum was able to significantly reduce infestation; for N. ribisnigri, the effect was significantly less pronounced, but also the recapture rate of the animals was significantly lower. From the experiments and further literature research, a review article was finally written that links the optical manipulation and the underlying visual ecology of the insect pests and provides a general overview of the state of research and introduction to the topic.

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@phdthesis{b83b9474872c448ab00ec504ec2593e4,
title = "Optische Manipulation der visuellen Wahrnehmung von Wei{\ss}en Fliegen und Blattl{\"a}usen zur Reduzierung des Initialbefalls von gartenbaulichen Kulturpflanzen",
abstract = "Die optische Manipulation von Schadinsekten stellt mit weiteren pr{\"a}ventiven Ma{\ss}nahmen eine Grundlage f{\"u}r integrierte Systeme zum Pflanzenschutz dar. Mittels der Manipulation der visuellen Wahrnehmung wird Insekten das Auffinden ihrer Wirte erschwert und somit die Zuflugrate in den Pflanzenbestand gesenkt. Besonders bei Insekten mit hohen Reproduktionsraten kann aber schon der verminderte Befallszuflug einen gro{\ss}en Einfluss auf die Einhaltung sp{\"a}terer Schadschwellen haben. Die Grundlage hierf{\"u}r liegt in der visuellen {\"O}kologie von Insekten und ihrer visuellen Wahrnehmung und dem daraus folgenden Verhalten. Die aus dieser Wahrnehmung hervorgehenden Ans{\"a}tze zur optischen Manipulation reichen von der Nutzung von Kontrasteffekten {\"u}ber farbige Fallen und Verwirrungstechniken bis zur Verwendung von repellent wirkenden Materialien. Durch die Entwicklungen im Bereich Leuchtdioden ist es zudem m{\"o}glich schmalbandiges Licht f{\"u}r die optische Manipulation zu nutzen. Im Gew{\"a}chshaus wurden Versuche zur optischen Manipulation von von verschiedenen Arten von Aphiden (Blattl{\"a}usen) und Aleurodida (Wei{\ss}e Fliegen) durchgef{\"u}hrt. Im ersten Versuch sollten zwei verschiedene Arten der Wei{\ss}en Fliegen, die sich in Wirtspflanzenpr{\"a}ferenz und Wirtswahlverhalten unterscheiden, Trialeurodes vaporariorum und Aleyrodes proletella, mit wei{\ss}en und gr{\"u}nen Folien in ihrem Verhalten zu manipulieren. Wei{\ss}e Folie unter den Pflanzen zeigte f{\"u}r T. vaporariorum einen signifikanten Einfluss auf die Landeh{\"a}ufigkeit, bei A. proletella war der Effekt weniger stark ausgepr{\"a}gt. Der These, dass die Reflektion im blauen Bereich f{\"u}r diesen repellenten Effekt verantwortlich sei, wurde in einem sp{\"a}teren Versuch mit LEDs nachgegangen. Die gr{\"u}ne Folie, die die Pflanzen optisch maskieren sollte, hat auch einen Effekt gezeigt, dieser war jedoch nicht ausreichend f{\"u}r eine praktische Anwendung der Methode im Feld. In Feldversuchen mit der Modellkultur Salat wurden verschiedene schwarze/graue und gr{\"u}ne Folien untersucht. In den Versuchen wurden kommerziell erh{\"a}ltliche Polyethylenfolien mit den selbstentwickelten Spr{\"u}hfolien verglichen. Als Kontrolle diente der offene Boden. Die schwarzen Folien zeigten einen hochsignifikanten Einfluss auf die Zuflugrate von Nasonovia ribisnigri. Die gr{\"u}nen Folien boten hingegen im Freilandversuch keinen effektiven Schutzmechanismus, der den Zuflug ausreichend begrenzen konnte. Die selbstentwickelte Spr{\"u}hfolie zeigte technische Probleme, die in einem geplanten Folgeprojekt gel{\"o}st werden sollen. Hier werden auch Kombinationen der Mulchabdeckung mit weiteren Ma{\ss}nahmen des Integrierten Pflanzenschutzes zu einem Gesamtsystem untersucht werden. Um zu pr{\"u}fen, ob der in der Literatur beschriebene Blau-Gr{\"u}n Antagonismus auch direkt im Pflanzenschutz nutzbar ist, wurden Gew{\"a}chshausversuche mit blauen LEDs durchgef{\"u}hrt. Die im Versuch genutzte Anlage strahlte direkt aus dem Bestand. Die Versuche zeigten, dass der Einfluss der Anlage auf T. vaporariorum signifikant den Befall senken konnte, bei N. ribisnigri war der Effekt deutlich weniger stark ausgepr{\"a}gt, aber auch die R{\"u}ckfangquote der Tiere deutlich geringer. Aus den Versuchen und weiteren Literaturrecherchen wurde abschlie{\ss}end ein {\"U}bersichtsartikel verfasst, der die optische Manipulation und die zugrundeliegende visuelle {\"O}kologie der Schadinsekten miteinander verkn{\"u}pft und einen allgemeinen {\"U}berblick zum Stand der Forschung und Einf{\"u}hrung in das Thema liefert.",
author = "Jan-Uwe Niemann",
year = "2023",
doi = "10.15488/14442",
language = "Multiple languages",
school = "Gottfried Wilhelm Leibniz Universit{\"a}t Hannover",

}

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TY - BOOK

T1 - Optische Manipulation der visuellen Wahrnehmung von Weißen Fliegen und Blattläusen zur Reduzierung des Initialbefalls von gartenbaulichen Kulturpflanzen

AU - Niemann, Jan-Uwe

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Die optische Manipulation von Schadinsekten stellt mit weiteren präventiven Maßnahmen eine Grundlage für integrierte Systeme zum Pflanzenschutz dar. Mittels der Manipulation der visuellen Wahrnehmung wird Insekten das Auffinden ihrer Wirte erschwert und somit die Zuflugrate in den Pflanzenbestand gesenkt. Besonders bei Insekten mit hohen Reproduktionsraten kann aber schon der verminderte Befallszuflug einen großen Einfluss auf die Einhaltung späterer Schadschwellen haben. Die Grundlage hierfür liegt in der visuellen Ökologie von Insekten und ihrer visuellen Wahrnehmung und dem daraus folgenden Verhalten. Die aus dieser Wahrnehmung hervorgehenden Ansätze zur optischen Manipulation reichen von der Nutzung von Kontrasteffekten über farbige Fallen und Verwirrungstechniken bis zur Verwendung von repellent wirkenden Materialien. Durch die Entwicklungen im Bereich Leuchtdioden ist es zudem möglich schmalbandiges Licht für die optische Manipulation zu nutzen. Im Gewächshaus wurden Versuche zur optischen Manipulation von von verschiedenen Arten von Aphiden (Blattläusen) und Aleurodida (Weiße Fliegen) durchgeführt. Im ersten Versuch sollten zwei verschiedene Arten der Weißen Fliegen, die sich in Wirtspflanzenpräferenz und Wirtswahlverhalten unterscheiden, Trialeurodes vaporariorum und Aleyrodes proletella, mit weißen und grünen Folien in ihrem Verhalten zu manipulieren. Weiße Folie unter den Pflanzen zeigte für T. vaporariorum einen signifikanten Einfluss auf die Landehäufigkeit, bei A. proletella war der Effekt weniger stark ausgeprägt. Der These, dass die Reflektion im blauen Bereich für diesen repellenten Effekt verantwortlich sei, wurde in einem späteren Versuch mit LEDs nachgegangen. Die grüne Folie, die die Pflanzen optisch maskieren sollte, hat auch einen Effekt gezeigt, dieser war jedoch nicht ausreichend für eine praktische Anwendung der Methode im Feld. In Feldversuchen mit der Modellkultur Salat wurden verschiedene schwarze/graue und grüne Folien untersucht. In den Versuchen wurden kommerziell erhältliche Polyethylenfolien mit den selbstentwickelten Sprühfolien verglichen. Als Kontrolle diente der offene Boden. Die schwarzen Folien zeigten einen hochsignifikanten Einfluss auf die Zuflugrate von Nasonovia ribisnigri. Die grünen Folien boten hingegen im Freilandversuch keinen effektiven Schutzmechanismus, der den Zuflug ausreichend begrenzen konnte. Die selbstentwickelte Sprühfolie zeigte technische Probleme, die in einem geplanten Folgeprojekt gelöst werden sollen. Hier werden auch Kombinationen der Mulchabdeckung mit weiteren Maßnahmen des Integrierten Pflanzenschutzes zu einem Gesamtsystem untersucht werden. Um zu prüfen, ob der in der Literatur beschriebene Blau-Grün Antagonismus auch direkt im Pflanzenschutz nutzbar ist, wurden Gewächshausversuche mit blauen LEDs durchgeführt. Die im Versuch genutzte Anlage strahlte direkt aus dem Bestand. Die Versuche zeigten, dass der Einfluss der Anlage auf T. vaporariorum signifikant den Befall senken konnte, bei N. ribisnigri war der Effekt deutlich weniger stark ausgeprägt, aber auch die Rückfangquote der Tiere deutlich geringer. Aus den Versuchen und weiteren Literaturrecherchen wurde abschließend ein Übersichtsartikel verfasst, der die optische Manipulation und die zugrundeliegende visuelle Ökologie der Schadinsekten miteinander verknüpft und einen allgemeinen Überblick zum Stand der Forschung und Einführung in das Thema liefert.

AB - Die optische Manipulation von Schadinsekten stellt mit weiteren präventiven Maßnahmen eine Grundlage für integrierte Systeme zum Pflanzenschutz dar. Mittels der Manipulation der visuellen Wahrnehmung wird Insekten das Auffinden ihrer Wirte erschwert und somit die Zuflugrate in den Pflanzenbestand gesenkt. Besonders bei Insekten mit hohen Reproduktionsraten kann aber schon der verminderte Befallszuflug einen großen Einfluss auf die Einhaltung späterer Schadschwellen haben. Die Grundlage hierfür liegt in der visuellen Ökologie von Insekten und ihrer visuellen Wahrnehmung und dem daraus folgenden Verhalten. Die aus dieser Wahrnehmung hervorgehenden Ansätze zur optischen Manipulation reichen von der Nutzung von Kontrasteffekten über farbige Fallen und Verwirrungstechniken bis zur Verwendung von repellent wirkenden Materialien. Durch die Entwicklungen im Bereich Leuchtdioden ist es zudem möglich schmalbandiges Licht für die optische Manipulation zu nutzen. Im Gewächshaus wurden Versuche zur optischen Manipulation von von verschiedenen Arten von Aphiden (Blattläusen) und Aleurodida (Weiße Fliegen) durchgeführt. Im ersten Versuch sollten zwei verschiedene Arten der Weißen Fliegen, die sich in Wirtspflanzenpräferenz und Wirtswahlverhalten unterscheiden, Trialeurodes vaporariorum und Aleyrodes proletella, mit weißen und grünen Folien in ihrem Verhalten zu manipulieren. Weiße Folie unter den Pflanzen zeigte für T. vaporariorum einen signifikanten Einfluss auf die Landehäufigkeit, bei A. proletella war der Effekt weniger stark ausgeprägt. Der These, dass die Reflektion im blauen Bereich für diesen repellenten Effekt verantwortlich sei, wurde in einem späteren Versuch mit LEDs nachgegangen. Die grüne Folie, die die Pflanzen optisch maskieren sollte, hat auch einen Effekt gezeigt, dieser war jedoch nicht ausreichend für eine praktische Anwendung der Methode im Feld. In Feldversuchen mit der Modellkultur Salat wurden verschiedene schwarze/graue und grüne Folien untersucht. In den Versuchen wurden kommerziell erhältliche Polyethylenfolien mit den selbstentwickelten Sprühfolien verglichen. Als Kontrolle diente der offene Boden. Die schwarzen Folien zeigten einen hochsignifikanten Einfluss auf die Zuflugrate von Nasonovia ribisnigri. Die grünen Folien boten hingegen im Freilandversuch keinen effektiven Schutzmechanismus, der den Zuflug ausreichend begrenzen konnte. Die selbstentwickelte Sprühfolie zeigte technische Probleme, die in einem geplanten Folgeprojekt gelöst werden sollen. Hier werden auch Kombinationen der Mulchabdeckung mit weiteren Maßnahmen des Integrierten Pflanzenschutzes zu einem Gesamtsystem untersucht werden. Um zu prüfen, ob der in der Literatur beschriebene Blau-Grün Antagonismus auch direkt im Pflanzenschutz nutzbar ist, wurden Gewächshausversuche mit blauen LEDs durchgeführt. Die im Versuch genutzte Anlage strahlte direkt aus dem Bestand. Die Versuche zeigten, dass der Einfluss der Anlage auf T. vaporariorum signifikant den Befall senken konnte, bei N. ribisnigri war der Effekt deutlich weniger stark ausgeprägt, aber auch die Rückfangquote der Tiere deutlich geringer. Aus den Versuchen und weiteren Literaturrecherchen wurde abschließend ein Übersichtsartikel verfasst, der die optische Manipulation und die zugrundeliegende visuelle Ökologie der Schadinsekten miteinander verknüpft und einen allgemeinen Überblick zum Stand der Forschung und Einführung in das Thema liefert.

U2 - 10.15488/14442

DO - 10.15488/14442

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -