Factors influencing top-down control of insect pest populationsin biological control systems

Summary The success of top-down control by a parasitoid on a pest population is the essence of classical biological control. To understand the constraints and limitations of top-down control, I examine the properties of a simple host-parasitoid model that includes host density dependence and a host refuge from parasitism, and a parasitoid functional response that includes aggregated attack and the possibility for egg and host limitation. The properties of the model are considered in the context of both equilibrium suppression and transient seasonal dynamics of the host population. The potential for suppression of the host population is shown to be dependent on a host-imposed impact threshold for parasitism. For a host-limited parasitoid, the impact threshold occurs when the product of the net rate of increase of the host and its proportional refuge from parasitism are unity. Below this threshold, both parasitoid attack capacity (the maximum number of hosts that can be attacked in a lifetime) and level of gregariousness have a strong influence on the degree of host suppression. Data from the biological control record for 39 parasitoid species established against lepidopteran pests provide supporting evidence that the probability of successful control increases with parasitoid attack capacity. Similarly, for all orders of insect pests combined, gregarious parasitoids represent 0.31 of 218 examples of successful control, a significantly greater proportion than the 0.20 gregarious species among 252 examples of failure to control the target pest. Die erfolgreiche “top-down”-Kontrolle einer Schadlingspopulation durch einen Parasitoiden ist der Kern der klassischen biologischen Schadlingsbekampfung. Um die Rahmenbedingungen und Grenzen der “top-down”-Kontrolle zu verstehen, betrachte ich die Eigenschaften eines einfachen Wirt-Parasitoid-Modells, das eine Abhangigkeit von der Wirtsdichte und ein Parasitismus-Refugium fur den Wirt enthalt. Zudem beinhaltet es eine funktionelle Reaktion des Parasitoiden, die aggregierten Befall und die Moglichkeit einer Ei- und Wirtslimitierung umfasst. Die Eigenschaften des Modells werden im Zusammenhang mit einer Gleichgewichts-Unterdruckung und der vorubergehenden, saisonalen Dynamik der Wirtspopulation betrachtet. Es wird gezeigt, dass die Moglichkeit eine Wirtspopulation zu bekampfen von einem wirtsbestimmten Grenzwert der Parasitierung abhangt. Bei einem wirtslimitierten Parasitoiden wird dieser Grenzwert erreicht, wenn das Produkt aus der Nettowachstumsrate und dem proportionalen Refugium des Wirtes gleich Eins ist. Sowohl die Befallskapazitat des Parasitoiden (die maximale Anzahl der Wirte, die wahrend eines Lebens befallen werden kann) als auch die Stufe der Aggregation haben unterhalb dieser Schwelle einen starken Einfluss auf den Grad der Wirtsunterdruckung. Daten zur biologischen Schadlingsbekampfung von 39 Parasitoiden-Arten, die zur Bekampfung von schadlichen Lepidoptera eingesetzt wurden, liefern unterstutzende Hinweise, dass die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Kontrolle mit der Befallsrate des Parasitoiden zunimmt. Ebenso stellen bei der Betrachtung aller Ordnungen schadlicher Insekten gregare Parasitoide 0,31 von 218 Beispielen erfolgreicher Kontrolle. Dies ist ein signifikant groserer Anteil als die 0,20 gregaren Arten unter den 252 Beispielen, bei denen die Kontrolle der Zielart fehlschlug.