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Cavaletto, Giacomo (2017) Barbitistes vicetinus outbreaks in forest ecosystems (Orthoptera, Tettigoniidae). [Ph.D. thesis]

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Abstract (english)

Barbitistes vicetinus (Galvagni & Fontana, 1993) (Orthoptera, Tettigoniidae) is a bush-cricket endemic of north-east Italy, described in the early 1990s and considered a rare species for the following ten years. Since 2008 repeated and destructive outbreaks occurred in hilly areas causing heavy defoliations to forests and close crops. In order to improve the little knowledge currently available on this species, the present PhD project focused mainly on biological and ecological aspects concerning reproduction, site selection and population dynamics.
Reproduction was studied over 18 sites in 3 consecutive years (2013-2015), testing the influence of both vegetation type and soil cover on the maternal laying preference and egg hatching of the species. Nymph density was assessed for the first time during outbreaks, showing mean values of over 1 million individuals/ha. In this respect, the highest nymph density was recorded in forest with soil covered by broadleaf litter, without a gradient from inner forest to edge. Our results indicated, however, that cultivated habitats did not offer suitable oviposition sites to B. vicetinus, although the adults are commonly found also in crops where they can cause severe damage.
In the same sites, during 4 consecutive years (2013-2016), we also investigated the hatching phenology in order to better understand the nymph’s population dynamics and to clarify the role of the environmental factors affecting these aspects. A strong positive effect of temperature on the hatching start as well as on the hatching duration was found, although the species is however able to hatch also at low temperature (6°C). Elevation and exposure, affecting temperature, were demonstrated to regulate phenology and duration of the hatching period.
Moreover, the spatial ecology of B. vicetinus was investigated over the whole outbreak area (200 sites in 2014 and 2015) assessing local and landscape variables driving population density and defoliation severity. We found a strong negative effect of forest fragmentation on the pest population density at relatively small spatial scale (250-500 m). In addition, the presence of a non-host alien tree species (i.e., the black locust) across the landscape further reduced the population density irrespective of local (10 m) tree composition. At local scale, B. vicetinus was however able to feed on a wide array of broadleaves tree species, causing severe defoliation with leaf damage up to 40% of the canopy. At regional scale, instead, the population declined from 2014 to 2015 mainly in sites where the defoliation has been more severe in the previous year.
Above all, this work provides the first basal knowledge about bio-ecology of outbreaking populations of this species. The new insights on the hatching phenology and oviposition site preference, for instance, represent crucial information to predispose an effective outbreak management. In addition, the forecasting of the outbreak risk based on landscape composition and structure of areas potentially exposed to infestations will be furtherly useful. Finally, the comparison of our results to those concerning other outbreaking bush-cricket species, could lead to a better understanding of the pest - host plants relationships occurring in other model species.

Abstract (italian)

Barbitistes vicetinus (Galvagni & Fontana, 1993) (Orthoptera, Tettigoniidae) è un ortottero forestale endemico dell’Italia nord-orientale descritto nei primi anni ’90 e considerato specie rara per almeno 10 anni dopo il suo primo rinvenimento. Dal 2008, intense pullulazioni si sono ripetute nel suo areale collinare, causando gravi defogliazioni ai boschi e alle colture limitrofe. Al fine di approfondire le scarse conoscenze attualmente disponibili e fornire un primo approccio alla gestione delle esplosioni demografiche, il presente lavoro si focalizza principalmente su indagini biologiche ed ecologiche inerenti a questa specie.
In particolare, la riproduzione di B. vicetinus è stata studiata in 18 siti nel corso di 3 anni consecutivi (2013-2015), testando l’influenza della tipologia di vegetazione e della copertura del suolo sulla scelta dei siti di deposizione e sulla schiusa delle uova. Per la prima volta la densità di popolazione è stata indagata durante una pullulazione, facendo registrare valori medi superiori a 1 milione di individui/ha. I risultati ottenuti col presente lavoro indicano che, nonostante gli individui adulti di questa specie possano frequentemente alimentarsi sulle coltivazioni agrarie causando danni anche gravi, queste aree non costituiscono siti preferenziali per l’ovideposizione. Infatti, le più elevate densità di neanidi sono state rinvenute in aree boscate e con terreno coperto la lettiera di latifoglie, senza che, peraltro, venisse evidenziato un gradiente di densità progredendo dal margine del bosco verso il suo interno.
Negli stessi siti, in 4 anni consecutivi (2013-2016), il presente lavoro ha inoltre considerato la fenologia delle schiuse con l’obiettivo di incrementare le conoscenze sulla dinamica di popolazione delle neanidi e chiarire il ruolo di alcuni fattori ambientali nei riguardi di questi aspetti. Un effetto significativo della temperatura è stato riscontato sulle tempistiche di schiusa, evidenziando che la specie è in grado di schiudere anche a temperature basse (6°C). E’ stato inoltre dimostrato un ruolo fondamentale dell’altitudine e dell’esposizione sulle schiuse, ancora una volta in relazione al fattore temperatura.
Un’indagine specifica ha preso in considerazione l’ecologia spaziale della specie, studiando come diverse variabili, su differenti scale spaziali, influenzano la densità di popolazione. In due anni consecutivi (2014-2015) lo studio ha indagato 200 siti ricadenti entro l’area coinvolta dalle pullulazioni. Su una scala spaziale relativamente piccola (250-500 m) è stato riscontrato un effetto negativo della frammentazione forestale sulla densità di popolazione dell’insetto. Inoltre, sulla stessa scala spaziale, la presenza di specie forestali alloctone e sgradite all’insetto, in particolare la robinia, è corrisposta ad un’ulteriore riduzione della presenza di B. vicetinus, indipendentemente da quale fosse la composizione forestale su scala locale (10 m). Proprio su una scala locale, invece, si evince come l’insetto sia in grado di alimentarsi su un’ampia gamma di latifoglie forestali, causando intense defogliazioni, con danni medi fino al 40% nelle specie più colpite. Su una scala di paesaggio, la popolazione è globalmente diminuita tra il 2014 e il 2015, con un maggiore effetto dove la defogliazione dell’anno precedente era stata più intensa.
Il presente lavoro fornisce le prime conoscenze di base per questa specie riguardo la bio-ecologia di popolazioni in fase di pullulazione. Le informazioni acquisite riguardo la fenologia di schiusa e la scelta dei siti di ovideposizione rappresentano il primo passo per una gestione razionale delle esplosioni demografiche. Inoltre, l’analisi previsionale delle pullulazioni, basata sulla conoscenza della composizione del paesaggio nelle aree potenzialmente a rischio, potrà fornire un ulteriore contributo in tal senso. Infine, la comparazione di queste conoscenze con quelle relative ad altri ortotteri forestali potrà condurre a una maggiore e migliore comprensione del rapporto fitofago - pianta ospite anche in altri contesti modello.

EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Faccoli, Massimo
Ph.D. course:Ciclo 29 > Corsi 29 > SCIENZE DELLE PRODUZIONI VEGETALI
Data di deposito della tesi:23 May 2018
Anno di Pubblicazione:15 November 2017
Key Words:Orthoptera, oviposition, hatching phenology, population dynamics, landscape
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 07 - Scienze agrarie e veterinarie > AGR/11 Entomologia generale e applicata
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Agronomia Animali Alimenti Risorse Naturali e Ambiente
Codice ID:11234
Depositato il:09 Nov 2018 16:58
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