Forschung

Natürliche Gegenspieler werden immer wieder als wirksame Faktoren genannt, welche Buchdruckerpopulationen regulieren können. Nicht zuletzt wird Gegenspielern ein gewisses Potential für biologische Maßnahmen im Borkenkäfer-Management zugeschrieben. Tatsächliche Evidenz (abseits von einzelnen Beobachtungen) für diese Annahmen gibt es jedoch nicht.

Um die Wirksamkeit von natürlichen Gegenspielern (Antagonisten) zur Regulierung von natürlichen Buchdruckerpopulationen zu erfassen, wurde in diesem Projekt eine umfangreiche Literaturstudie, sowie ein Versuch im Nationalpark Schwarzwald durchgeführt. Erstere zeigte die Vielfalt und Häufigkeit von bisher beobachteten und untersuchten Antagonistengruppen (Insekten, Pilze, Milben, Nematoden, Vögel u.a.) sowie –arten auf. Die Wirksamkeit von Insekten (sofern berichtet) ist mit wenigen Ausnahmen gering; für andere Gruppen konnte diesbezüglich keine Auswertung erfolgen. Im Versuch konnte die Abundanz und Diversität von an Stammstücken vorkommenden Antagonisten dokumentiert werden, wenn auch mit Einschränkungen, da die Buchdruckerbesiedlung unter Verzicht auf Beköderung gering blieb. Das Potential für den Einsatz von (noch zu entwickelnden) biologischen Maßnahmen im integrierten Borkenkäfermanagement kann auf Basis der Untersuchungen als gering eingeschätzt werden.

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Projektbericht in Arbeit.

Im Projekt wurde ein innovatives Instrument zur Priorisierung im Borkenkäfermanagement entwickelt – das dynamische Befallsrisikomodell IpsRisk.

Das Modell modelliert auf Basis unterschiedlicher Eingangsdaten (zu Wetter, Standort, Bestand und Vorbefall) und empirisch ermittelten Zusammenhängen das Befallsrisiko in hoher räumlicher (250 m-Raster) und zeitlicher Auflösung (täglich). Das Modell steht ab der Saison 2025 allen Interessierten, Waldbesitzenden und Waldbewirtschaftenden als Web Map Service (WMS) zur Verfügung. Es hat das Ziel, die oft knappen Ressourcen bestmöglich einzusetzen und Managementmaßnahmen räumlich und zeitlich zu steuern, um sie damit in ihrer Effizienz und Wirksamkeit zu optimieren.

Als wichtiger Teil des IpsRisk-Modells wurde das Phänologiemodell PHENIPS zu PHENIPS-Clim weiterentwickelt und bietet nun eine bessere Modellgüte im sich ändernden Klima. Es steht als R-package zur Verfügung und bietet der Wissenschaft ein Tool für Modellvergleiche, Analysen und Anwendungen. Gleichzeitig bieten sowohl PHENIPS-Clim als auch IpsRisk Optionen zur Integration in Landschafts- und Waldmodelle zur großflächigen Simulation von Borkenkäferdynamiken.

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• PHENIPS-Clim und IpsRisk: Neue Modelle zur Borkenkäfer-Risikoabschätzung (WS/Info 02/25)
• Innovative Modelle für das Borkenkäfer-Management
• Projektbericht und Publikation in Arbeit.

Befall durch Buchdrucker rechtzeitig zu erkennen, ist die Voraussetzung für eine wirksame Sanierung und das Vermeiden der weiteren Befallsausbreitung. Neue fernerkundliche Erkennungsalgorithmen nähren die Hoffnung, dass aufwändige terrestrische Kontrollen der Bestände in Zukunft ergänzt oder sogar abgelöst werden können durch Satelliten- oder Drohnen-gestützte Verfahren.

Im Projekt wird der Frage nachgegangen, inwieweit sich diese Hoffnung bereits erfüllt beziehungsweise welche Potentiale und Grenzen sich für zukünftige Entwicklungen ergeben. Anhand einer umfangreichen Literaturrecherche wurde der aktuelle Forschungsstand aufgearbeitet.

Die Ergebnisse zeigen, dass keine der fernerkundlichen Ansätze bisher in der Lage ist, Befall so genau und rechtzeitig zu erkennen wie es für die Praxis sinnvoll und notwendig wäre. Parallel durchgeführte Versuche (in Kooperation mit unique land use GmbH) mit hochauflösenden PlanetScope-Satellitendaten im Schwarzwald bestätigten dies. Obwohl die terrestrischen Befallskontrollen bisher nicht ersetzt oder sinnvoll flächendeckend ergänzt werden können, können fernerkundliche Ansätze in besonderen Situationen gegebenenfalls einen Mehrwert bieten, so zum Beispiel bei der Erkennung von Überwinterungsbäumen (Versuch dazu läuft) oder in schwer zugänglichen Beständen.

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• Early detection of bark beetle (Ips typographus) infestations by remote sensing – A critical review of recent research

Pheromonfallen spielen eine zentrale Rolle im bisherigen Borkenkäfer-Monitoringkonzept. Sie locken die Käfer an, werden in der Regel wöchentlich geleert und geben somit Auskunft über die (lokale) Käferaktivität und Populationsdichte – Indizien, welche wiederum für die Befallsrisikoabschätzung herangezogenwerden, um gegebenenfalls Managementmaßnahmen zu steuern. Aber wie zuverlässig Fallenfänge die Käferaktivität und Populationsdichte widerspiegeln, wurde bisher noch nicht hinreichend untersucht.

Um dieser Frage nachzugehen, wurden an jeweils einem Standort im Schwarzwald und im Erzgebirge (in Kooperation mit dem Staatsbetrieb Sachsenforst) insgesamt 57 Pheromonfallen aufgestellt und während mehreren Monaten mindestens wöchentlich geleert. Gleichzeitig wurden Daten zu Temperatur und Pheromonfüllstand (Pheroprax®) aufgenommen, sowie die lokale Position dokumentiert. Es zeigte sich, dass alle 3 Faktoren die Fangzahlen stark beeinflussen. In Laborversuchen wurde zudem die temperaturabhängige Abdampfrate von verschiedenen Pheromonen (Pheroprax®, Chalcoprax® und Curviwit®) für Fichten- und Tannenborkenkäfer untersucht. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass Fallenfänge mit einer hohen Variabilität (Unsicherheit) behaftet sind, welche deren Aussagekraft einschränkt, solange die zugrundeliegenden Faktoren dabei nicht berücksichtigt werden.

Die Verwendung von Fangzahl-Schwellenwerten zur Befallsrisikoabschätzung kann deswegen nicht empfohlen werden. Schwärmmodelle stellen zukünftig eine sinnvolle Alternative zu Pheromonfallen im Monitoring dar.

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• Significant uncertainty in bark beetle trap catches due to varying pheromone release from dispensers and local trap position

Dass Buchdrucker über passive Verfrachtung mit Rindenabfall in ihre Überwinterungsquartiere in der Bodenstreu gelangen, ist bekannt.

In mehreren Kleinversuchen wurde nun der Frage nachgegangen, inwieweit Buchdrucker im Winterhalbjahr nach Beendigung ihrer reproduktiven Phase auch aktiv den Stamm verlassen. Mögliche Gründe dafür sind ggfs. vorteilhafte Temperatur- und Feuchtebedingungen im Boden, Nahrungskonkurrenz beziehungsweise mangelnde Nährstoffversorgung innerhalb des Stammes, oder ein Auftreten von natürlichen Gegenspielern. Die Versuche mit Stammstücken, Poltern und stehenden Fichten zeigten, dass im Zeitraum zwischen November und März unerwartet viele Buchdrucker 5-62% den Stamm aktiv verlassen haben. Die hohe Variabilität kann verschiedene Gründe haben, zum Beispiel die Besiedlungsdichte, die Substratqualität und die Witterung. Augenscheinlich wurde zudem, dass ein großer Teil der Käfer nach dem ersten Frostereignis den Stamm verlässt.

Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass befallenes Material, zum Beispiel Befallspolter, auch im Herbst so früh wie möglich aus den gefährdeten Beständen gebracht oder anderweitig unschädlich gemacht werden sollte.

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• Überwinterung des Buchdruckers: Biologie und Managementempfehlungen (Waldschutz-Info 02/2024)
• Wie überwintern Buchdrucker und was ist zu tun?

Obwohl Kronenbrüche nach Sturm- und Nassschneeereignissen als initialer Faktor von (oft verstreutem) Stehendbefall weithin bekannt sind, fehlen empirische Studien, welche das Befallsrisiko und die Wirksamkeit des Managements von Kronenbrüchen untersuchen.

Durch ein Schneebruchereignis im Nationalpark Hunsrück-Hochwald konnte eine solche Studie durchgeführt werden. Dabei wurden insgesamt 271 Bruchbäume in verschiedenen Beständen sowohl mit als auch ohne Kronenräumung beobachtet, und Folgebefall durch Borkenkäfer (Buchdrucker, Kupferstecher) dokumentiert. Zudem wurde der Befall an den belassenen, gebrochenen Kronen und an 300 ausgewählten Nachbarbäumen registriert. Es zeigte sich unter anderem

• eine hohe Befallsrate der abgebrochenen Kronen (je nach Durchmesser von Buchdrucker und/oder Kupferstecher),
• ein erhöhtes Befallsrisiko von Bruchbäumen mit geringer Restkrone, und
• ein erhöhtes Befallsrisiko der Bruchbäume und ungebrochenen Nachbarfichten bei ausbleibendem Kronenmanagement.

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• Reduziert das Management von Kronenbrüchen Stehendbefall durch Borkenkäfer an Fichten?
• Borkenkäfer-Management nach Kronenbrüchen an Fichte (WS Info 01/2022)
• Borkenkäfer-Management nach Kronenbrüchen an Fichte

Im Rahmen des Projektes wurde untersucht, inwieweit sich phänologische Kenngrößen des Buchdruckers mit den im Klimawandel steigenden Temperaturen verändern werden. Diese Kenntnisse sind wichtig, um Phänologiemodelle (wie zum Beispiel PHENIPS) dahingehend anzupassen, um somit genauere Vorhersagen bezüglich Schwärmbeginn und –ende, der Entwicklungsgeschwindigkeit und der Generationenanzahl pro Jahr zu erhalten.

Phänologiemodelle wiederum leisten einen wichtigen Beitrag für die Abschätzung von Befallsrisiko und Baumartenvulnerabilität. In Klimakammern sowie im Freiland wurden mehrjährige Versuche durchgeführt; ebenso verfügbare Fallendaten aus ganz Deutschland ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass sich mit steigenden Temperaturen

• die reproduktive Zeit (Aktivitätsperiode) des Buchdruckers im Frühjahr in Richtung März erweitert, ohne dass die Tageslänge eine große dämpfende Rolle spielt,
• dieselbe sich für einen kleineren Anteil der Käfer auch in den Herbst hinein erweitert, und
• wärmere Sommer die Entwicklungsdauer nur in den kühleren Hochlagen verkürzen, während es in den tieferen Lagen dann tw. zu warm wird.

In der Summe ist in den kommenden Jahrzehnten mit einer Zunahme der Generationenanzahl pro Jahr zu rechnen. Allerdings ist diese nach oben hin begrenzt und erreicht auch gegen Ende des Jahrhunderts nur selten die vierte Generation. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Weiterentwicklung des PHENIPS-Modells zu PHENIPS-Clim im Projekt IpsRisk.

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• Diurnal temperature fluctuations improve predictions of developmental rates in the spruce bark beetle Ips typographus
• Increasing Spring Temperatures Advance Post-Diapause Swarming and Prolong the Reproductive Period in the Bark Beetle Ips typographus
• High plasticity in diapause responses benefits bark beetles in a changing climate

In mehrjährigen Feldversuchen wurde die Wirksamkeit eines Verbenon-basierten Ablenkstoffes getestet, welcher vorher erfolgreich gegen nordamerikanische Borkenkäferarten eingesetzt wurde.

Das Wirkprinzip ist recht einfach: Käfereigene Ablenkstoffe sollen Artgenossen vortäuschen, dass dieser Brutraum bereits besetzt ist. Die Käfer werden somit lokal abgelenkt, jedoch nicht getötet. Die Hoffnung war, lokal besonders disponiertes potentielles Brutmaterial (zum Beispiel Windwurf, Polter) mit der Anwendung dieses umweltverträglichen Mittels zeitweise vor Befall zu schützen, um damit die Aufarbeitungskette zu entspannen.

Die Ergebnisse zeigten durch die Behandlung stark reduzierte Anflugzahlen an Pheromonfallen über mehrere Wochen bei einem Wirkradius von etwa 10 m. Windgeworfene Fichten hingegen konnten nur bedingt geschützt werden, das heißt es zeigte sich nur bei niedrigen Käferdichten bezeihungsweise hoher Dosierung eine Verzögerung des Befalls (um circa 3 Wochen) und eine Reduktion der Befallsdichte. Es lässt sich schlussfolgern, dass SPLAT®Verb (welches zudem für eine Anwendung einer Zulassung im Pflanzenschutz bedürfte) aufgrund der variablen und im Mittel mäßigen Wirksamkeit sowie des stark eingeschränkten Einsatzbereiches ein nur begrenztes Potential zur Anwendung im Borkenkäfer-Management aufweist.

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• Verbenone—the universal bark beetle repellent? Its origin, effects, and ecological roles
• Know When You Are Too Many: Density-Dependent Release of Pheromones During Host Colonisation by the European Spruce Bark Beetle, Ips typographus (L.)
• Verbenone (SPLAT® Verb) delays Ips typographus (L.) infestation and reduces infestation risk and severity in windthrown Norway spruce in Southwest Germany
• Projektbericht Entwicklung einer Anwendungsstrategie für SPLAT®Verb zum Populationsmanagement von Buchdruckern (Ips typographus) mit dem Anti-Aggregationspheromon Verbenon (VerbIps)

Das Projekt leistete den ersten Schritt hin zur Entwicklung eines dynamischen Risikoabschätzmodells für Buchdruckerbefall, welches dann im Projekt IpsRisk anwendungsreif entwickelt wurde.

Im Teilvorhaben, welches an der FVA in Kooperation mit der Abt. Boden und Umwelt bearbeitet wurde, wurden mehrjährige Daten bzgl. Phänologie, Befall und Bodenfeuchte im Nationalpark Schwarzwald aufgenommen.

In weiteren Teilvorhaben wurden historische Befallsdaten aufbereitet, fernerkundliche Ansätze zur Befallserkennung getestet (jeweils Staatsbetrieb Sachsenforst) und hochauflösende Klimadaten bereitgestellt (Universität Hamburg). Die verschiedenen potentiellen Eingangsparameter für die Befallsabschätzung wurden getestet und in Modellen zusammengeführt, ohne jedoch Praxisreife zu erlangen. Zudem wurden Muster und Erkennbarkeit von Befallsymptomen (z.B. Bohrmehl, Rindenabfall, Kronenverfärbung, usw.) untersucht, welche in Handlungsempfehlungen für terrestrische Befallskontrollen integriert wurden.

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• Schlussbericht zum Verbundvorhaben "Verbesserte Abschätzung des Risikos für Buchdruckerbefall – Grundlagen für ein Prognosewerkzeug als Bestandteil des integrierten Waldschutzes (IpsPro)"