Distribution, life history, food choice and chemical ecology of the invasive box-tree pyralid "cydalima perspectalis"

SUMMARY: The box-tree pyralid Cydalima perspectalis (Walker 1859) (Lepidoptera: Pyralidae)
is a new invasive moth species in Europe. Its larvae feed on box-tree leaves and
can cause severe damage within short time. Therefore, this species is of great
concern for park and public garden manager in Europe.
In the context of my PhD thesis, I examined the spread in the region of Basel,
the national distribution as well as the biology of this moth. The natural
dispersal speed was assessed using a public survey in the region of Basel.
The number of adult moths caught with light traps allowed the determination of
two distinct periods of appearance of adult moths: the first in July and the
second, less pronounced, from September to mid-October.
In collaboration with CABI Switzerland in Delémont, a geographic model based
on literature data from Europe and Asia as well as field and laboratory data was
developed. It shows the potential distribution, life-history and relative
abundance of the box-tree pyralid in Europe. The model suggests that the box-tree
pyralid might spread across most of Europe, except North Fenno-Scandinavia,
Northern Scotland and high mountain regions, where the overall temperatures are
too low to allow the completion of an entire generation per year. In most parts
of Central Europe, two generations of C. perspectalis may occur, whereas in
Northern and North-Western Europe, low temperatures allow only one yearly
generation.
In an experiment, a potential preference of the box-tree pyralid for a particular
box-tree variety was investigated. Female moths deposited their eggs preferably
on varieties with large leaves. Larval growth and survival did not differ between
the five most frequently planted box-tree varieties in Central Europe, suggesting
that the box-tree pyralid has a broad food acceptance in Europe. The discrepancy
between adult preference and larval performance could be explained by the fact
that the larval generation which was tested in this experiment was only about the
tenth in Central Europe, and that the adaptation to the new ecosystem is not fully
accomplished yet.
Another study involving chemical analyses showed that larvae take up toxic
compounds (alkaloids) from the box-tree leaves on which they feed and therefore
become unpalatable for predators. Young larvae contain twice as much alkaloids as
larvae in later instars. In box-tree leaves, the concentration of alkaloids
doubles between one year-old leaves and older leaves. This finding suggests a
preference of larvae for leaves containing a high concentration of alkaloids,
which may explain why damage on a box-tree most often starts in the lower part,
where the oldest leaves are found.
Finally, an instrument for decision-making when facing the choice of long-term
care and replacement of large box-tree plantations was developed using the example
of the cemetery “am Hörnli” in Riehen, close to Basel. The cemetery “am Hörnli”
would suffer a great financial damage due to the loss of box-trees, having
estimated 3.3 km of box-tree hedges and 650 solitary trees. Since a replacement of
all box-tree plants does neither come into consideration financially nor
materially, the municipal parks and garden department chose a financially more
attractive solution for the clearance, care, and replacement of box-trees,
following a concept of commensurability and efficiency: important trees from a
heritage point of view are management and functionally less important trees are
cleared and replaced by optically different but less pricy plants or not replaced
at all. This strategy proves to be the most cost-efficient: after only four years
this strategy is financially more attractive than a hypothetical care of all
box-tree plants.
The findings of this doctoral thesis suggest that it will become unavoidable to
monitor box-trees in gardens, parks and in natural sites and to treat them with
pesticides in case of need. ---------- Zusammenfassung: Der Buchsbaumzünsler Cydalima perspectalis (Walker 1859) (Lepidoptera: Pyralidae)
ist eine in Europa neu auftretende, invasive Schmetterlingsart, dessen Raupen sich
von Buchsblättern ernähren. Diese können innert kurzer Zeit grosse Schäden
anrichten und bereiten daher den Verantwortlichen für Parks und Grünanlagen in
Europa grosse Sorgen.
Im Rahmen meiner Dissertation untersuchte ich die regionale und nationale
Ausbreitung sowie die Biologie des Falters. Mittels einer Umfrage bei der
Bevölkerung der Region Basel wurde die natürliche Ausbreitungs-geschwindigkeit des
Buchsbaumzünslers erfasst. Mithilfe der Aufzeichnung von Lichtfängen an zwei
Standorten in Basel konnten zwei deutlich getrennte Perioden des Erscheinens der
Falter festgestellt werden: die erste im Juli und die zweite, weniger stark
ausgeprägte, von Anfang September bis Mitte Oktober.
In Zusammenarbeit mit CABI Switzerland in Delémont wurde ein geographisches Modell
erstellt, welches anhand von Literaturdaten aus Europa und Asien sowie Feld- und
Labor-Daten die potentielle Verbreitung, die relative Abundanz sowie den
jährlichen Rhythmus des Buchsbaumzünslers in Europa simuliert. Das Modell lässt
darauf schliessen, dass sich der Buchsbaumzünsler in ganz Europa ausbreiten kann,
mit Ausnahme vom nördlichen Fennoskandinavien, dem Norden Schottlands und hohen
Bergregionen wo die Temperaturen insgesamt zu niedrig sind, um eine komplette
Generation pro Jahr auszubilden. In weiten Teilen Mitteleuropas bildet der
Schädling zwei jährliche Generationen aus. In Nordeuropa erlauben die tieferen
Temperaturen hingegen nur eine einzige Generation pro Jahr.
Mit einem Experiment wurde eine allfällige Buchsbaum-Sortenpräferenz des
Buchsbaumzünslers untersucht. Legebereite Weibchen zeigten eine Vorliebe für
grossblättrige Buchssorten. Die Wachstumsrate und Sterblichkeit der Raupen zeigten
keine Unterschiede zwischen den häufigsten Sorten in Mitteleuropa, was darauf
schliessen lässt, dass der Buchsbaumzünsler in Europa eine breite Futterpflanzen-
akzeptanz aufweist. Die Abweichung zwischen der Präferenz der Falter und der
Wachstumsrate der Raupen kann daraus herrühren, dass die getesteten Raupen und
Falter erst etwa die zehnte Generation ist, welche in Mitteleuropa auftritt, und
die Anpassung an das neue Ökosystem noch nicht optimiert wurde.
In einer weiteren Untersuchung konnte anhand von chemischen Analysen gezeigt
werden, dass die Raupen giftige Stoffe (Alkaloide) aus den Buchsblättern aufnehmen
und speichern und deshalb für Frassfeinde ungeniessbar sind. Junge Raupen weisen
einen doppelt so hohen Alkaloidgehalt auf wie spätere Stadien. Beim Buchs sind
die Alkaloidkonzentration in einjährigen Blättern nur etwa halb so gross ist wie
in älteren Blättern. Diese Beobachtung legt nahe, dass Raupen Blätter mit hohem
Alkaloidgehalt vorziehen, was erklären mag weshalb der Frass an einer Buchspflanze
meist im unteren Bereich anfängt, wo die ältesten Blätter sind.
Es wurde ebenfalls ein Instrument zur Entscheidungsfindung zwischen Ersatz oder
langjähriger Pflege grosser Buchsbestände anhand des Friedhofes am Hörnli in
Riehen bei Basel entwickelt, da dieser mit seinen geschätzten 3.3 km Buchshecken
und 650 Solitärbuchsbäumen von einem erheblichen finanziellen Schaden durch den
Verlust von Buchs betroffen ist. Da ein Ersatz aller Buchspflanzen weder
finanziell noch materiell in Frage kommt, wird von der Stadtgärtnerei –
entsprechend dem Konzept der Verhältnismässigkeit – ein weit niedrigerer Betrag
für Rodung, Ersatz und Pflege aufgewendet: Denkmal-pflegerisch wichtige
Buchspflanzen werden erhalten und gepflegt, funktionell weniger wichtige
Buchspflanzen gerodet und je nach Situation gar nicht oder durch optisch
verschiedene aber dafür günstigere Straucharten ersetzt. Diese Strategie erweist
sich als die rentabelste: bereits nach vier Jahren ist diese Strategie finanziell
attraktiver als eine hypothetische Pflege des gesamten Buchsbestandes.
Aufgrund der verschiedenen Erkenntnisse, welche im Verlauf dieser Doktorarbeit
gewonnen wurden, wird es in Zukunft unvermeidlich sein, Buchspflanzen in Gärten,
Parkanlagen und an natürlichen Standorten zu überwachen und notfalls mit
Insektenschutzmitteln zu behandeln.