Omfattande övervakning av kaffe bär borer och värd växten dynamics är viktigt för datainsamling landskap nivå för att förbättra förvaltningen av denna invasiva skadedjur. Här presenterar vi ett protokoll för vetenskaplig övervakning av kaffe bär borer rörelse, angrepp, dödlighet, kaffe växt fenologi, väder och företagslednings via en mobil elektronisk dataregistrering ansökan.
Kaffe bär borer (CBB) är den mest förödande insekt pest för kaffe grödor i världen. Vi utvecklade en vetenskaplig övervakning protokoll som syftar till att fånga och kvantifiera dynamik och påverkan av denna invasiva insekt skadegörare samt utveckling av dess värdväxt över ett heterogena landskap. Hörnstenen i denna omfattande övervakningssystem är lägligt georefererad datainsamling på CBB rörelse, kaffe bär angrepp, dödlighet av svampen Beauveria bassianaoch kaffe växt fenologi via en mobil elektronisk dataregistrering ansökan. Detta elektroniska data collection system kan fältet register vara georefererad genom inbyggda globala positioneringssystem och stöds av ett nätverk av väderstationer och register över driftsmetoder. Omfattande övervakning av CBB och värd växten dynamics är en viktig del av ett brett projekt i Hawaii till aggregerade landskapsnivå data för forskning för att förbättra skötselmetoder. Kaffe agroecosystems i andra delar av världen som upplever mycket varierande miljöfaktorer och socioekonomiska faktorer gynnar också från att genomföra detta protokoll, i att det kommer att driva utvecklingen av anpassade integrerat växtskydd (IPM) till hantera CBB populationer.
Kaffe Berry Borer (Hypothenemus hampei Ferrari) är en invasiv insekt skadegörare som finns i hela stora kaffe växande regioner av världen1,2. Denna lilla skalbagge tillbringar större delen av sin livscykel inom utsäde av en kaffe bär, vilket gör det svårt att styra med bekämpningsmedel sprayer. Den adulta honan borrar ett hål i kaffe bär genom centrala skivan och i fröet där det bygger gallerier för reproduktion. När larverna utvecklas, lever de på majsets, orsakar direkta skador till kaffebönor och efterföljande förluster i avkastning och kvalitet3. Indirekt skada kan också uppstå vid tillträdeet av svampar och patogener i bönan, som kan orsaka jäsning och ändring av kaffe smak4.
CBB upptäcktes först på Hawaii Island i augusti 20105 och spred sig snabbt till nästan alla ~ 800 kaffe gårdarna i Kona och Ka’u distrikt, två områden som är världsberömda för sin kaffe produkter6,7 premiumkvalitet . Ohanterade och dåligt hanterad gårdar kan ha angrepp nivåer som överstiger 90%, vilket resulterar i enorma ekonomiska förluster. I Hawaii, de uppskattade effekterna för hela ekonomin på grund av CBB är ca $21 M årligen8. CBB har fortsatt sedan dess inledande introduktion till Hawaii Island och upptäcktes nyligen på det angränsande Hawaiiöarna Oahu (2014) och Maui (2016). Kauai är den enda kaffeproducerande ön i Hawaii som förblir opåverkad av CBB, men öns 3.000 hektar av kaffe är extremt sårbara för denna mycket spridd skadegörare.
Syntetiska insektsmedel som endosulfan och klorpyrifos har historiskt sett använts i många länder att kontrollera CBB. Dock har farhågor beträffande toxiciteten av dessa insektsmedel till människor och miljö9, samt bevis för insektsmedel motstånd10, resulterat i dessa ämnen som förbjudits i många länder. För närvarande, åberopa de flesta kaffe växande regioner ett IPM förhållningssätt till kontroll CBB. IPMs omfattar vanligtvis en kombination av sanitet praxis (t.ex., beskärning och strip-picking), biologiska kontroller (t.ex., frisläppandet av underprissättning skalbaggar eller parasitoider) och tillämpningen av biopesticides (t.ex., den Entomopathogenic svampen B. bassiana)11,12. Aktuella rekommendationer för CBB ledning i Hawaii föreslår också regelbundna fältövervakning använder alkohol-betade fällor och ”trettio träd urvalsmetoden” utvecklat av Cenicafé13,14. Provtagning innebär att slumpmässigt välja en gren från mitten av trädkronorna som har minst 45 gröna bär, och räkna antalet angripna och icke-angripna bär. Denna process upprepas i ett zig-zag mönster över fältet för sammanlagt 30 träd per hektar (2,5 hektar), och används för att uppskatta procent angrepp.
Medan många av dessa IPM metoder håller på att antas av kaffe odlare i Hawaii, extrema heterogenitet i klimat, topografi och kulturella praktiker på öarna nödvändiggör att IPM anpassas till varje plats. Utvecklingen av anpassade IPM beror på ett övervakningsprogram som innehåller de väsentliga delarna av kaffe agroecosystems, kaffe pest biologi och miljö. Vi har genomfört omfattande övervakning av CBB och värd växten dynamik som en del av ett brett projekt i Hawaii som aggregerar landskapsnivå data för att informera förvaltningsmetoder. Detta protokoll kan användas i andra kaffe agroecosystems runt om i världen, och kommer att vara särskilt användbart för dem som upplever mycket varierande miljöfaktorer och socioekonomiska faktorer som kräver anpassade IPM att hantera CBB populationer.
Det övervakning protokollet som beskrivs här kan fungera som en viktig del av forskning på CBB och kontroll strategier mot denna invasiva kaffe pest. Vi har lagt detta övervaka protokoll i praktiken under 2016 och 2017 kaffet växtsäsonger på Hawaii ön i ett försök att optimera varje steg i processen som beskrivs i denna artikel och den medföljande videon. Genom att göra detta har vi sett till att viktiga aspekter av CBB populationsdynamik har övervakas och kvantifierade, att de mest effektiva låg kostnad material har fastställts för varje steg i protokollet, och att data samlas in på CBB rörelse, angrepp, dödlighet, kaffe växt fenologi, väder och farm management kan användas för att informera och förbättra nuvarande kontrollstrategier.
Det finns ett antal kritiska steg i detta protokoll som måste följas för att säkerställa optimala resultat. Först tratt fällor måste sättas på en enhetlig höjd och placerad mellan träden. Detta kommer att säkerställa att lockmedel tillräckligt sprids genom luften, och att skalbaggar kan komma åt fällan från alla riktningar. Det andra är det nödvändigt att använda såll med samma maskstorlek (grov-mesh sieve ≈ 1,5 mm och finmaskiga sikten ≈ 1,0 mm) under hela övervakning för att garantera konsekventa resultat för volymetriska beräkningar av CBB. Tredje, andelen CBB kontra andra skalbaggar i varje fälla kan variera avsevärt bland fällor och under växtsäsongen, och det är därför nödvändigt att uppskatta dessa proportioner för att minimera brus i trap räkna data. Fjärde, angripna bär måste lagras i en kylare på is tills de kan transporteras till laboratoriet, varefter Bären bör förvaras vid 14 ° C tills dissektion. Lagring i en fuktig miljö kommer att resultera i CBB uppkomsten från bär20. Slutligen, dissektioner måste utföras inom 1-3 dagar för att säkerställa maximal efterlevande av CBB. Dödlighet av CBB kan uppstå om bär lagras vid kalla temperaturer under längre perioder.
Ytterligare steg kan behövas för forskning initiativ som inte ingår här (t.ex., övervakning CBB predator överflöd). Ändringar kan även göras till detta protokoll om tid, resurser eller utrustning är begränsande faktorer. Den fällan lockmedel består av 3:1 metanol: etanol kan ändras till en 1:1 metanol: etanol lösning med jämförbara resultat21. Propylenglykol kan också ersätta såpvatten som döda lösning i fällor22. För beräkningar av stora mängder CBB (t.ex., mer än flera hundra per fälla), kan massa-baserade uppskattningar av CBB ersättas i stället för volymetriska beräkningar. Till exempel kan torr medelvikten för en enda CBB bestämmas med hjälp av en högupplöst skala. CBB samlas i 70% etanol får sedan torkas i ugn och vägs för att uppskatta antalet CBB per fälla. En modifierad volymetriska uppskattning kan också göras genom att sätta alla CBB från en fälla i en graderad cylinder tillsammans med de döda-lösningen, och låta innehållet sedimentera till botten22. När fast, volymen av cylindern fyllas av CBB kan noteras, och konverteringsfaktorn för 1 mL kan bestämmas att uppskatta det totala antalet CBB fångas per fälla. Slutligen kan kaffeodlare som har en intim kunskap om sina gårdar och använder detta övervakning protokoll för att uppskatta CBB angrepp och rörelse vill utelämna steg som involverar dokumentera fenologi och räkna antalet russin på grenar.
Två potentiella begränsningar av detta protokoll är värt att nämna här. Först fångar provtagning av grenar i brösthöjd inte angrepp i tidigt blommande grödan som får börja högre upp i trädet trädkronorna. Observationerna tyder dock på att denna tidiga-blommande gröda står för en mycket liten andel av den totala avkastningen i kaffeodlingar i Hawaii. För det andra våra protokoll bara konton för angrepp i gröna bär, och således kan inte exakt fånga uppskattningar av berry skador när antalet färg paus och mogna bär är hög (September – December i Hawaii).
CBB övervakning protokoll som presenteras här har flera distinkta fördelar jämfört med andra övervakning protokoll som för närvarande används. Först, systematisk slumpmässig provtagning designen möjliggör jämnare provtagning i förhållande till provtagning görs i ett sicksack-mönster. Denna provtagning design möjliggör bättre uppskattningar av berry skador i hela ett visst fält, och ökar möjligheten att upptäcka hotspots. För det andra, införandet av element i protokollet övervakning som är väsentliga för kaffe agroecosystems (t.ex., fenologi, väder variabler och metoder) kommer att förbättra vår förståelse av dynamiken mellan invasiv skadeinsekter, deras värdväxter och olika miljöfaktorer. För det tredje, användning av en mobil elektronisk data collection ansökan under fältstudier tillåter realtidsdata till snabbt och effektivt registreras och organiserade i en databas, och kan också relateras till andra automatiserade kaffe övervakningsmetoder såsom detektering via fjärranalys23. En annan viktig fördel med denna metod för datainsamling är att detaljerade angrepp rapporter kan genereras med lätthet, ger snabb hantering rekommendationer vidarebefordras till odlare. Slutligen kan de realtidsdata som samlas in på CBB biologi, kaffe växt fenologi, väder och management införlivas i utvecklingen av prediktiva modeller som kan användas för att anpassa förvaltningsplaner för en viss kaffe växande läge.
The authors have nothing to disclose.
Vi är tacksamma mot skogen Bremer för att tillhandahålla drone bildspråk av kaffegårdar, samt hjälp med GIS metoder. Vi tackar Thomas Mangine, Matthew Mueller, Lindsey Hamilton, Shannon Wilson, Briana McCarthy och Mehana Sabado-Halpern för hjälp med filmproduktion och två anonyma granskare för kommentarer om ett tidigare utkast. Detta arbete finansierades av USDA-ARS. Åsikter, resultat, slutsatser eller rekommendationer som framförs i denna publikation är författarens och återspeglar inte nödvändigtvis åsikter av USDA. USDA är en lika möjligheter leverantör och arbetsgivare.
funnel trap | CIRAD | Brocap trap | |
propylene glycol | Better World Manufacturing, Inc. | ||
methanol | Fisher Scientific or similar supplier | CAUTION: Methanol is highly flammable, is toxic if inhaled or ingested, and is a skin and eye irritant. Wear gloves, eye protection, and protective clothing, and only use in well-ventilated rooms. | |
ethanol | Fisher Scientific or similar supplier | CAUTION: Ethanol is highly flammable, is toxic if inhaled or ingested, and is a skin and eye irritant. Wear gloves, eye protection, and protective clothing, and only use in well-ventilated rooms. | |
polypropylene resealable bags (2 Mil 3 x 4") | Uline or similar supplier | S-1292 | |
thumbtack | Widely available | For making drainage holes in funnel trap | |
paperclips | Widely available | For attaching lure bag to traps | |
galvanized wire (12 gauge) | Widely available | For attaching funnel trap to stakes | |
wire cutter | Widely available | ||
tomato stakes | Widely available | ||
permanent marker | Widely available | ||
mobile device | Apple or other supplier | iPad or smartphone equipped with camera | |
waterproof case | Widely available | For mobile device | |
data collection application | Fulcrum or similar software | ||
GNSS Surveyor | Bad Elf | ~1-meter positioning accuracy | |
1 mm mesh hand sieve | Widely available | ||
1.5 mm mesh hand sieve | Widely available | ||
20 mL glass scintillation vials | Widely available | ||
label maker | Widely available | ||
label tape | Widely available | ||
metal lab spatula | Widely available | ||
scrub brush | Widely available | ||
dish soap | Widely available | ||
binder clip | Widely available | ||
ruler | Widely available | ||
plastic tupperware | Widely available | ||
cooler | Widely available | ||
ice pack | Widely available | ||
wash bottle | Widely available | ||
papertowels | Widely available | ||
fine-tipped paintbrush | Widely available | ||
light microscope | Leica or similar supplier | ||
clear plastic lid | Widely available | ||
tally counter | Widely available | ||
10 mL syringe | Widely available | ||
fine-tipped forceps | Widely available | ||
scalpel or razor blade | Widely available | ||
freezer | Widely available | ||
waterproof data shuttle | HOBO by Onset Computer Corp. | U-DTW-1 | |
PAR Sensor with 3m Cable | HOBO by Onset Computer Corp. | S-LIA-M003 | |
Temp/RH Sensor (12-bit) w/ 2m Cable | HOBO by Onset Computer Corp. | S-THB-M002 | |
Solar Radiation Shield | HOBO by Onset Computer Corp. | RS3 | |
Extra-Large Solar Panel 6 Watts | HOBO by Onset Computer Corp. | SOLAR-6W | |
Rain Gauge (0.2mm) with 2m Cable | HOBO by Onset Computer Corp. | S-RGB-M002 | |
Smart Temp Sensor 12-bit w/ 2m Cable | HOBO by Onset Computer Corp. | S-TMB-M002 | |
Soil Moisture – 10HS | HOBO by Onset Computer Corp. | S-SMD-M005 | |
Silicon Pyranometer Sensor w/3m Cable | HOBO by Onset Computer Corp. | S-LIB-M003 | |
Light Sensor Bracket | HOBO by Onset Computer Corp. | M-LBB | |
NDVI Light Sensor Bracket | HOBO by Onset Computer Corp. | M-NDVI | |
Complete 3M Tripod kit | HOBO by Onset Computer Corp. | M-TPA-KIT | |
RX3000 3G Remote Monitoring Station | HOBO by Onset Computer Corp. | RX3003-00-01 | |
Global Limited Plan – RX3000 T2 4-hr | HOBO by Onset Computer Corp. | SP-806 |