Estratégias de manejo de agroecossistemas e interações tróficas entre herbívoros, patógenos e predadores

Reducing the environmental complexity and increasing biomass of cultivated plants offer favorable conditions for pest species in conventional systems. Among biological control strategies, the restoration of vegetation diversity in agroecosystems and the adoption of management strategies aiming to reduce impacts on natural enemy populations are practices that can be employed in different types of farming systems. Much of the conservative biological control efforts are focused on maintaining populations of parasitoids and predators. However, pathogens represent key mortality factors in the regulating pest populations in crops. The maintenance of indigenous plants aiming to increment populations of predators and parasitoids, may also promote the preservation of propagules of entomopathogenic fungi in the soil. In addition, the reduction of soil disturbance may reduce impacts on the entomopathogenic community in agroecosystems soil. Studiyng the ecological interactions between predators, pathogens and herbivores is a key factor in understanding the role of biological control of pests in agroecosystems. As a model of crop management practices and conservative biological control strategies we used chili pepper crops (Capsicum frutescens) and melon (Cucumis melo var cantalupensis) represented by small fields and high susceptibility to pests. Interactions between natural enemies were studied in microcosms in greenhouse. Therefore, the goal of this thesis was to evaluate the role of agro-ecosystems management practices as biological control strategies of pests in annual crops. Aim is also to study in detail the ecological interactions between natural enemies, herbivores and plants. From this framework we addressed the following hypothesis: a) Non-crop plants promote the modification of biotic and abiotic factors affecting virulence, occurrence and abundance of entomopathogenic fungi in the soil; b) the use no-tillage in annual crops performs the preservation of entomopathogens in the soil resulting in higher virulence and occurrence of microorganisms in agroecosystems; c) herbivores exposed to spores of entomopathogenic fungi reduce their herbivory on the host plant; d) the exposure of herbivore to pathogen spores affect predation; e) herbivores reduce and modulate feeding behavior in the presence of a predator; f) joint action of pathogen and predator results in a further reduction in the damage caused by herbivores to plants. As a result we found that the maintenance of non-crop plants in chili pepper crops is not an effective as a short-term strategy for preserving entomopathogenic fungi. The fungal virulence in two experimental fields with non- crop plants was higher than in chili pepper monoculture, but in one field we observed an inverse result for fungi virulence. The tillage regime in melon crops did not affect the virulence of soil-borne entomopathogens. The occurrence and virulence of entomopathogens was affected by sampling time during the growing season, showing a time-scale pattern of entomopathogenic dynamics in agroecosystems. In laboratory assay and in the greenhouse we observed that spiders do not show preferential predation for prey exposed to the pathogen. The exposure to spores of pathogen did not reduce the herbivory D. undecimpunctata on melon plants, however the presence of predator reduced the damage caused by the herbivore, both due predation and reduce time allocated by beetle on the plant. Also, we observed that herbivores exposed to pathogen and in the presence of predator damaged the plants in a similar rate compared to beetles in the absence of any natural enemy (predators or pathogen). In conclusion, from the results obtained in this thesis, it is concluded that the use of habitat management strategies should pay attention not only to the landscape composition and reduced disturbances but especially the time factor restore ecosystem services performed by entomopathogens. We also concluded that pathogens, predators, herbivores and plants have trophic interactions that differentially affect the dynamics of natural enemies and their ecosystem services.A redução da complexidade ambiental e o aumento da produção de plantas oferecem condições favoráveis ao desenvolvimento de espécies consideradas pragas nos sistemas convencionais de cultivo. Entre estratégias de controle biológico de pragas, a restauração da diversidade vegetacional do agroecossistema e a adoção de estratégias de manejo que reduzam o impacto sobre populações de inimigos naturais são práticas que podem ser empregadas em diferentes tipos de sistemas de cultivo. Grande parte dos esforços de controle biológico conservativo é voltada a manutenção de populações de parasitoides e predadores. No entanto, patógenos representam fatores de mortalidade cruciais na regulação de populações de insetos pragas dentro das lavouras. A manutenção da vegetação nativa voltada ao incremento de populações predadores e parasitoides também pode promover a preservação de estruturas de resistência e propágulos de fungos entomopatogênicos no solo. Adicionalmente, a redução dos distúrbios no solo causados pelas práticas de manejo pode reduzir os impactos sobre a comunidade de entomopatógenos no solo de agroecossitemas. A compreensão das interações ecológicas entre predadores, patógenos e herbívoros representa um fator fundamental para o entendimento do papel do controle biológico de pragas em agroecossitemas. Como modelo de estudo das práticas de manejo de cultivos como estratégias de controle biológico conservativo foram utilizados cultivos de pimenta-malagueta (Capsicum frutescens) e melão (Cucumis melo var cantalupensis) caracterizadas por pequenas áreas de plantio e alta susceptibilidade de pragas several a produção. As interações entre inimigos naturais foram feitas em microcosmos em casa de vegetação. Portanto, o objetivo desta tese foi avaliar o papel de práticas de manejo de agroecossistemas como estratégias de controle biológico de pragas em cultivos anuais. Objetivo-se também estudar de forma detalhada das interações ecológicas entre inimigos naturais, herbívoros e planta. Desta forma abordadas as seguintes hipóteses: a) plantas espontâneas promovem a modificação de fatores bióticos e abióticos afetam positivamente a virulência, ocorrência e abundância de fungos entomopatogênicos no solo; b) o emprego do plantio direto em culturas anuais garante a preservação mais eficaz de entomopatógenos no solo refletindo na virulência e ocorrência dos microorganismos em agroecossitemas; c) a exposição de herbívoros a esporos de fungo entomopatogênico promovem a redução na herbívora sobre a planta hospedeira; d) a exposição do herbívoro aos esporos do patógeno propicia uma facilitação na predação; e) herbívoros reduzem e modulam comportamento alimentar na presença de um predador; f) a ação conjunta de patógeno e predador resulta em uma redução adicional nos danos causados pelos herbívoros às plantas. Como resultados verificou-se que a manutenção de plantas espontâneas em cultivos de pimenta-malagueta não representa uma estratégia eficaz de preservação de fungos entomopatogênicos em curto prazo. A virulência de fungos entomopatogênios em áreas duas área de estudo com plantas espontâneas foi superior à monocultura, no entanto em outra área de estudo foi observado um padrão inverso. O plantio direto em cultivos de melão não afetou a virulência de entomopatógenos no solo. A ocorrência e virulência de entomopatógenos no solo foram afetadas pela época de amostragem durante o tempo de cultivo, demonstrando um padrão temporal da dinâmica de entomopatógenos em agroecossitemas. Em experimentos em laboratório e casa de vegetação observou-se que aranhas não demonstram uma preferência na predação por presas expostas ao patógeno. A exposição ao patógeno não reduziu a herbívora de D. undecimpunctata sobre as plantas de melão, no entanto a presença do predador levou a uma redução no dano causado pelo herbívoro, tanto pela predação quanto pelo menos tempo alocado por besouro na planta. Observou-se que herbívoros expostos a patógenos e na presença do predador causaram danos às plantas semelhantes aos besouros na ausência de qualquer inimigo natural. Em conclusão, a partir dos estudos e resultados obtidos nesta tese, conclui-se que o emprego de estrégias de manejo de habitat deve atentar não somente para a composição da paisagem e a redução de distúrbios, mas principalmente o fator tempo para a recuperação dos serviços de ecossistema desempenhados por entomopatógenos. Conclui-se também que patógenos, predadores, herbívoros e plantas apresentam interações tróficas que afetam diferencialmente a dinâmica de inimigos naturais e seus serviços de ecossistema.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio