全面监测咖啡浆果和寄主植物的动态是收集景观水平的数据, 以改善管理这一入侵害虫的关键。在这里, 我们提出了一个科学监测咖啡浆果的运动, 出没, 死亡, 咖啡植物物候, 天气和农场管理通过移动电子数据记录应用的协议。
咖啡浆果 (CBB) 是世界上最具破坏性的咖啡作物害虫。我们制定了一项科学的监测协议, 目的是捕获和量化这种侵入性害虫的动态和影响, 以及它在异质景观中的寄主植物的开发。这一全面监测系统的基石是及时地理数据收集 CBB 运动, 咖啡莓虫出没, 死亡率由真菌白僵菌, 和咖啡植物物候通过移动电子数据记录应用.这个电子数据收集系统允许现场记录通过内置的全球定位系统进行地理, 并得到一个气象站网络和农场管理实践记录的支持。全面监测 CBB 和寄主植物动态是夏威夷地区范围内项目的一个重要组成部分, 目的是收集景观水平数据, 以改进管理实践。咖啡农田在世界其他地区经历高度多变的环境和社会经济因素也将受益于实施本议定书, 因为它将推动发展定制的综合虫害管理 (IPM), 以管理 CBB 人口。
咖啡莓果 (Hypothenemus hampei法拉利) 是一种侵袭性害虫, 在世界主要咖啡种植地区的1,2发现。这只小甲虫的生命周期大部分是在咖啡浆果的种子中度过的, 这使得用杀虫剂喷洒的药剂难以控制。成年女性通过中央盘孔进入咖啡莓果洞, 并进入它的种子, 它建造画廊繁殖。随着幼虫的发育, 它们以胚乳为食, 对咖啡豆造成直接损害, 并导致产量和质量的随后损失3。真菌和病原体进入豆类可能会造成间接损害, 这可能导致咖啡风味的发酵和改变4。
CBB 第一次在夏威夷 ‘ i 海岛在2010年8月被发现了5并且迅速地传播到几乎所有800个咖啡场在科纳和 Ka ‘ u 地区, 两个区域是世界知名的为他们的咖啡产品的优质质量6,7.非托管和管理不善的农场可能会有超过90% 的侵扰程度, 造成巨大的经济损失。在夏威夷, 由于 CBB 所造成的经济影响估计每年约为2100万美元,8。CBB 自最初引进夏威夷岛以来一直在传播, 最近在邻近的夏威夷群岛瓦胡岛 (2014) 和毛伊岛 (2016) 被发现。艾考岛是夏威夷唯一不受 CBB 影响的咖啡馆, 但该岛3000英亩的咖啡极易受到这种高度分散的害虫的伤害。
历史上, 丹和毒死蜱等合成杀虫剂在许多国家被用来控制 CBB。然而, 对这些杀虫剂对人类和环境的毒性的关切9, 以及杀虫剂抗药性的证据10, 导致这些物质被禁止在许多国家使用。目前, 大多数咖啡种植区都依赖 IPM 方法来控制 CBB。IPMs 通常涉及环境卫生做法 (例如、修剪和剥带)、生物控制 (例如、掠夺性甲虫或寄生昆虫的释放) 以及生物农药的应用 (例如,杀虫真菌B. 白僵菌)11,12。目前在夏威夷 CBB 管理的建议还建议使用酒精诱饵陷阱和 “三十树取样方法” 开发的 Cenicafé13,14, 定期现场监测。这种抽样方法涉及随机选择一个分支, 从中冠至少有45绿色浆果, 并计数的数量, 感染和不受感染的浆果。这个过程是重复的曲折模式在整个领域, 总共30棵树每公顷 (2.5 英亩), 并用于估计数量的侵扰。
尽管夏威夷的咖啡种植者采取了许多这种 ipm 做法, 但群岛的气候、地形和文化习俗的极端异质性要求每个地点都要对 ipm 进行定制。定制 IPM 的开发将取决于一个监测程序, 其中包括咖啡农田, 咖啡害虫生物学和环境的基本要素。我们已实施全面监测 CBB 和主机的动态, 作为一个区域范围内项目的一部分, 在夏威夷, 聚集景观水平的数据, 以通知管理做法。该协议可用于世界各地的其他咖啡农田, 并将特别有用的那些经历高度多变的环境和社会经济因素需要定制 IPM 管理 CBB 人口。
这里描述的监测协议可以作为研究 CBB 和控制策略的重要组成部分, 对这种侵袭性咖啡害虫。我们已经在夏威夷岛2016和2017的咖啡种植季节实施了这一监测协议, 旨在优化本文所概述的过程的每一步以及随附的视频。通过这样做, 我们确保对 CBB 人口动态的重要方面进行了监测和量化, 为议定书的每一步确定了最有效的低成本材料, 并收集了关于 CBB 运动的数据,虫害, 死亡率, 咖啡植物物候, 天气和农场管理可以用来通知和改善目前的控制策略。
该协议中有许多关键步骤必须遵循以确保最佳结果。首先, 漏斗陷阱必须设置在一个统一的高度和位置之间的树木。这将确保引诱剂充分扩散到空气中, 甲虫可以从四面八方进入陷阱。第二, 在整个监测期间, 必须使用相同网格尺寸 (粗网筛≈1.5 毫米和细网筛≈1.0 毫米) 的筛, 以确保 CBB 容积估计的一致结果。第三, CBB 与其他甲虫在每个陷阱中的比例在陷阱和生长季节之间会有很大差异, 因此有必要估计这些比例, 以尽量减少陷阱计数数据中的噪声。第四, 被感染的浆果必须储存在冰上的冷却器上, 直到它们运到实验室, 之后浆果应该保存在14摄氏度, 直到解剖。在潮湿环境中的存储将导致从浆果20CBB 出现。最后, 解剖必须在收集 1-3 天内进行, 以确保 CBB 的最大存活率。如果浆果在寒冷的温度下长时间储存, CBB 的死亡率可能会发生。
在此处不包括的研究倡议可能需要其他步骤 (例如, 监视 CBB 捕食者丰度)。如果时间、资源和/或设备是限制因素, 也可以对该协议进行修改。陷阱引诱剂由3:1 甲醇组成: 乙醇可改为1:1 甲醇: 乙醇溶液, 可比较结果为21。在陷阱22中, 肥皂水也可以代替丙烯乙二醇作为杀死溶液。对于大量的 CBB (例如) 的估计数, 超过每个陷阱的数量, 可以用基于质量的 CBB 估计代替容积估计。例如, 单个 CBB 的平均干重可以用高分辨率的刻度来确定。CBB 收集的70% 乙醇可以在烤箱中烘干, 并权衡估计每陷阱 CBB 的数量。还可以通过将所有的 CBB 从一个陷阱放入一个已毕业的缸中, 连同杀死解决方案, 并允许内容结算到底部的22来进行修改的容量估计。一旦解决, CBB 填充的钢瓶的体积可能会注意到, 1 毫升的换算系数可以确定估计每陷阱捕获的 CBB 总数。最后, 咖啡种植者对他们的农场有着密切的了解, 并使用这个监测协议来估计 CBB 的出没和移动, 可能希望省略一些步骤, 包括记录物候和计算树枝上葡萄干的数量。
这里值得一提的是本协议的两个潜在限制。首先, 在胸高处取样的树枝不会捕捉早期开花的作物, 在树冠上可能开始更高的害虫。然而, 这些观察表明, 这种早开花的作物占夏威夷咖啡场总产量的很小比例。第二, 我们的协议只记述了绿色浆果的出没, 因此当颜色断裂和成熟浆果的数量高 (9月December日在夏威夷) 时, 可能无法准确地捕捉到浆果损伤的估计。
此处介绍的 CBB 监视协议与当前使用的其他监视协议相比有几个明显的优势。首先, 系统的随机抽样设计允许更均匀的取样相对于在一个曲折的模式进行取样。这种抽样设计可以更好地估计整个给定领域的浆果损伤, 并增加探测热点的潜力。第二, 在监测议定书中列入对咖啡农田至关重要的元素 (例如、物候、天气变量和管理做法) 将有助于我们了解侵入性害虫之间的动态,他们的寄主植物, 以及各种环境因素。第三, 在实地调查中使用移动电子数据收集应用程序, 可使实时数据快速有效地输入和组织到数据库中, 也可以与其他自动咖啡监测方法 (如检测) 相关。通过遥感23。这种数据收集方法的另一个重要好处是, 可以轻松地生成详细的侵扰报告, 以便及时将管理建议转发给种植者。最后, 在 CBB 生物学、咖啡植物物候、天气和管理方面收集的实时数据可纳入预测模型的开发, 可用于自定义特定咖啡种植地点的管理计划。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢森林布雷默提供咖啡场的无人机图像, 以及协助使用地理信息系统方法。我们感谢托马斯 Mangine, 马修·米勒, 琳赛汉密尔顿, 香农威尔逊, 布瑞娜麦卡锡和 Mehana Sabado Halpern 协助电影制作, 和两名匿名评论者对先前的草稿发表意见。这项工作是由美国农业部资助的。在本出版物中发表的意见、发现、结论或建议是作者的观点, 并不一定反映美国农业部的观点。美国农业部是一个平等机会提供者和雇主。
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 |