Using lower trophic level factors to predict outcomes in classical biological control of insect pests

Abstract

Importation of exotic natural enemies for biological control of insect pests entails risks to the environment. Pre-release estimates of the likelihood of achieving successful control would be helpful in avoiding ineffective importations. Based on strong evidence of multi-trophic level interactions in terrestrial ecosystems , we tested whether variation in ecological and biological factors found at the plant and herbivore trophic levels (levels one and two) could be used to create a simple, empirically based formula, capable of estimating the probability of successful biological control against holometabolous insect pests. We constructed a database consisting of 828 records of biological control attempts against 91 pest insect species and used stepwise logistic regression to test whether five basic features of the ecosystem, crop, and pest (habitat type, crop use, pest order, pest feeding niche, and damage severity) were correlated with rates of successful control. Natural enemy characteristics were not included in the model. The final model included 10 significant independent variables, nine of which were two-way interactions; all five basic ecosystem features appeared in significant interactions. The model provided good estimates of historical success rates against pest species in the data set. In a further test, the model was able to correctly rank amenability to biological control for 10 pest species not included in the original data set. These results provide evidence that lower trophic level factors can be useful in the search for a predictive formula for biological control. Die Einführung von exotischen natürlichen Feinden zur biologischen Kontrolle von Insektenschädlingen beinhaltet Risiken für die Umwelt. Eine Abschätzung der Wahrscheinlichkeit, ob eine erfolgreiche Kontrolle erreicht werden kann, wäre vor der Freisetzung hilfreich um ineffektive Einführungen zu vermeiden. Auf der Grundlage von deutlichen Hinweisen auf multitrophische Interaktionen zwischen den Leveln in terrestrischen Ökosystemen untersuchten wir, ob die Variation von ökologischen und biologischen Faktoren, die auf den trophischen Leveln der Pflanzen und Herbivoren gefunden werden (Level eins und zwei), benutzt werden kann, um eine einfache Formel auf empirischer Grundlage zu finden, mit der man in der Lage ist die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen biologischen Kontrolle von holometabolen Insekten abzuschätzen. Wir konstruierten eine Datenbasis, die aus 828 Datensätzen über Versuche biologischer Kontrolle von 91 Insektenschädlingsarten bestand, und benutzten eine schrittweise logistische Regression um zu testen, ob fünf grundlegende Eigenschaften des Ökosystems, der Feldfrüchte und der Schädlinge (Habitattyp, verwendete Feldfrucht, Ordnung der Schädlinge, Nahrungsnische der Schädlinge und Ausmaß der Schädigung) mit den Raten einer erfolgreichen Kontrolle korreliert waren. Die Eigenschaften der natürlichen Feinde wurden nicht in das Modell eingebracht. Das endgültige Modell beinhaltete 10 signifikante unabhängige Variablen, von denen neun wechselseitige Interaktionen waren. Sämtliche der fünf grundlegenden Ökosystemeigenschaften erschienen in signifikanten Interaktionen. Das Modell lieferte gute Abschätzungen der historischen Erfolgsraten gegen Schädlingsarten in dem Datensatz. In einem weiteren Test konnte das Modell die Zugänglichkeit für biologische Kontrolle bei 10 Schädlingsarten richtig einordnen, die nicht im ursprünglichen Datensatz vorhanden waren. Diese Ergebnisse liefern den Beweis, dass Faktoren der unteren trophischen Level bei der Suche nach einer Vorhersageformel für biologische Kontrolle nützlich sein können.