Das Hawaii-Protokoll für die wissenschaftliche Begleitung des Kaffee Berry Borer: ein Modell für Kaffee Agrarökosystemen weltweit
Summary
Umfassende Überwachung der Kaffee Beere Borer und Host Pflanze Dynamik ist wesentlich für die Aggregation der Landschaft-Daten zur Verbesserung der Verwaltung von dieser invasiven Schädling. Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für die wissenschaftliche Begleitung des Kaffee-Beere Borer Bewegung, Befall, Sterblichkeit, Kaffee Pflanze Phänologie, Wetter und Farm-Management über einen mobilen elektronischen Datenerfassung Anwendung.
Abstract
Kaffee-Beere Borer (CBB) ist die verheerendsten Insekt-Schädling für Kaffee Ernten weltweit. Wir entwickelten eine wissenschaftliche Überwachungsprotokoll, die darauf abzielt, Erfassung und Quantifizierung der Dynamik und Auswirkungen dieser invasiven Insekt-Schädling sowie die Entwicklung von seine Wirtspflanze in einer heterogenen Landschaft. Der Grundstein für diese umfassende monitoring-System ist rechtzeitige georeferenzierte Daten zum Thema CBB Bewegung, Kaffee Beere Befall Sterblichkeit durch den Pilz Beauveria Bassianaund Kaffee Pflanze Phänologie über einen mobilen elektronischen Datenerfassung Anwendung. Diese elektronischen Datenerfassungssystem Feld Datensätze soll georeferenzierte durch integrierte Geolokalisierung ermöglicht und stützt sich auf ein Netz von Wetterstationen und Aufzeichnungen der Farm-Management-Praktiken. Umfassende Überwachung der CBB und Host-Pflanze-Dynamik ist ein wesentlicher Bestandteil einer flächendeckenden Projekt in Hawaii Landschaftsniveau Daten für die Forschung, Management-Praktiken zu verbessern. Kaffee Agrarökosystemen in anderen Teilen der Welt, die sehr variabel ökologische und sozioökonomische Faktoren erleben profitieren ebenfalls von der Umsetzung dieses Protokolls, dass es die Entwicklung von maßgeschneiderten integrierten Schädlingsbekämpfung (IPM) zu fahren CBB-Populationen zu verwalten.
Introduction
Kaffee-Beere Borer (Hypothenemus Hampei Ferrari) ist eine invasive Insekt-Schädling, der in der gesamten großen Kaffee-Anbaugebieten der Welt1,2gefunden wird. Dieser kleine Käfer verbringt die meiste seines Lebenszyklus in den Samen einer Kaffee-Beere, so dass es schwierig zu kontrollieren mit Pestizid-Sprays. Das Erwachsene Weibchen bohrt ein Loch in die Kaffee-Beere durch die zentrale Scheibe und in den Samen, wo es Galerien für die Fortpflanzung baut. Bei der Entwicklung der Larven fressen sie das Endosperm, Kaffeebohne und Folgeschäden in Ertrag und Qualität3direkten Schaden zuzufügen. Indirekter Schäden treten auch durch den Eintrag von Pilzen und Krankheitserreger in der Bohne, die Gärung und Veränderung der Kaffee Aroma4führen kann.
CBB wurde erstmals im August 2010 auf Hawaii Insel entdeckt5 und verbreitete sich schnell, fast alle von den ~ 800 Kaffee-Farmen in der Kona und Ka’u Bezirke, zwei Bereiche, die weltbekannt für die Premium-Qualität ihrer Kaffee Produkte6,7 . Nicht verwaltete und schlecht geführte Betriebe können über 90 %, was zu großen wirtschaftlichen Verlusten Befall haben. In Hawaii, die geschätzte gesamtwirtschaftliche Auswirkungen aufgrund der CBB ist ungefähr $21 M jährlich8. CBB hat seit seiner ersten Einführung in Hawaiis Big Island verbreitet weiterhin und wurde vor kurzem auf den benachbarten Inseln von Hawaii Oahu (2014) und Maui (2016) erkannt. Kauai ist die einzige Kaffee produzierenden Insel in Hawaii, das von CBB unberührt bleibt, aber die Insel 3.000 Hektar Kaffee ist extrem anfällig für diese höchst dispersive Pest.
In der Vergangenheit wurden synthetische Insektizide wie Endosulfan und Chlorpyrifos in vielen Ländern zu kontrollieren CBB eingesetzt. Jedoch führten Bedenken in Bezug auf die Toxizität von diese Insektizide für Mensch und Umwelt9, sowie Beweise für Insektizid Widerstand10, diese Stoffe in vielen Ländern verboten. Derzeit setzen die meisten Kaffee-Anbaugebieten auf ein IPM-Ansatz zur Kontrolle CBB. IPMs beinhalten in der Regel eine Kombination von Hygienepraktiken (z.B., Rebschnitt und Streifen-Picking), biologische Kontrollen (z.B. die Freigabe von räuberischen Käfer oder Parasitoide) und die Anwendung der Biopestizide (z. B.die enthopathogenische Pilz B. Bassiana)11,12. Aktuelle Empfehlungen für CBB Management in Hawaii auch empfehlen regelmäßige Bereich Überwachung mit Alkohol-Ködern fallen und der “dreißig Baum Sampling-Methode” von Hochlandkaffees13,14entwickelt. Diese Sampling-Methode beinhaltet Auswahl nach dem Zufallsprinzip einen Zweig aus der Mitte Baldachin, der mindestens 45 grüne Beeren hat, und die Anzahl der befallenen und nicht befallenen Beeren. Dieser Prozess wird wiederholt in einem Zick-Zack-Muster über das Feld für eine Gesamtmenge von 30 Bäume pro Hektar (2,5 Hektar) und wird verwendet, um Prozent Befall zu schätzen.
Während viele dieser IPM-Praktiken von Kaffeebauern in Hawaii, der extremen Heterogenität in Klima, Topographie angenommen werden und kulturelle Praktiken auf den Inseln, dass IPM erfordern zu jedem Standort angepasst werden. Die Entwicklung von kundenspezifischen IPM hängt ein monitoring-Programm, das die wesentlichen Elemente von Agrarökosystemen Kaffee, Kaffee-Pest-Biologie und Umwelt umfasst. Wir haben umgesetzt, umfassende Überwachung der CBB und Host-Pflanze-Dynamik im Rahmen eines flächendeckenden Projekts in Hawaii, die aggregiert Daten der Landschaft um Management-Praktiken zu informieren. Dieses Protokoll in anderen Kaffee Agrarökosystemen auf der ganzen Welt einsetzbar und werden besonders in jenen, die hochvariable ökologische und sozioökonomische Faktoren erfordern maßgeschneiderte IPM CBB Populationen verwalten zu erleben.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das hier beschriebene Überwachungsprotokoll kann als wesentlicher Bestandteil der Forschung über CBB und Kontrollstrategien gegen diese invasive Kaffee-Pest dienen. Dies haben wir Überwachung Protokoll in die Praxis über die 2016 und 2017 Kaffee Vegetationsperioden auf Hawaiis Big Island in dem Bemühen, jeden Schritt des Prozesses erläutert in diesem Artikel und das dazugehörige Video zu optimieren. Auf diese Weise haben wir sichergestellt, dass wichtige Aspekte der CBB Populationsdynamik überwacht und quantifiziert, dass die effektivste kostengünstige Materialien für jeden Schritt des Protokolls festgelegt wurden und die Daten auf CBB Bewegung erfasst wurden, Befall, Sterblichkeit, Kaffee Pflanze Phänologie, Wetter und Farm-Management verwendet werden, zu informieren und zu aktuellen Bekämpfungsstrategien zu verbessern.
Es gibt eine Reihe von kritischen Schritte in diesem Protokoll, das befolgt werden müssen, um optimale Ergebnisse zu gewährleisten. Erstens müssen Trichter fallen auf eine einheitliche Höhe eingerichtet und positioniert zwischen Bäumen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Lockstoff ausreichend durch die Luft verbreitet wird und Käfer die Falle aus allen Richtungen erreichbar. Zweitens ist es notwendig, Siebe mit der gleichen Maschenweite verwenden (grobes Netz Sieb ≈ 1,5 mm und feinmaschiges Sieb ≈ 1,0 mm) während der Dauer der Überwachung, um konsistente Ergebnisse für volumetrischen Schätzungen der CBB zu gewährleisten. Drittens, der Anteil der CBB im Vergleich zu anderen Käfer in jedem Falle kann erheblich schwanken, unter fallen und über die wachsende Jahreszeit, und es ist daher notwendig, diese Proportionen zur Minimierung von Lärm im Falle Zähldaten zu schätzen. Vierte, befallene Beeren müssen in einem Kühler auf Eis gelagert werden, bis sie an das Labor transportiert werden können, nachdem denen Beeren bei 14 ° C bis Dissektion gespeichert werden sollen. Lagerung in feuchter Umgebung führt CBB Entstehung aus den Beeren-20. Zu guter Letzt müssen Sezierungen innerhalb von 1-3 Tagen Sammlung zu gewährleisten maximale Survivorship der CBB durchgeführt werden. Sterblichkeit von CBB kann auftreten, wenn die Beeren bei kalten Temperaturen über einen längeren Zeitraum gelagert werden.
Zusätzliche Schritte erforderlich sein für die Forschung Initiativen, die sind hier nicht enthalten (z. B.Überwachung CBB Raubtier Fülle). Änderungen können auch auf dieses Protokoll vorgenommen werden, wenn Zeit, Ressourcen und/oder Ausrüstung Faktoren begrenzt sind. Die Trap-Lockstoff, bestehend aus 3:1 Methanol: Ethanol kann eine 1:1 Methanol: Ethanol-Lösung mit vergleichbaren Ergebnissen21geändert werden. Wasser und Seife kann auch für Propylenglykol als Kill-Lösung fallen22ersetzt werden. Bei einer großen Zahl von CBB (z.B.mehr als ein paar hundert pro Falle) können anstelle von volumetrischen Schätzungen Masse basierende Schätzungen der CBB ersetzt werden. Zum Beispiel kann das durchschnittliche Trockengewicht von einem einzigen CBB mit einem hochauflösenden Maßstab bestimmt werden. CBB gesammelt in 70 % igem Ethanol kann dann in einem Ofen getrocknet und gewogen, um die Anzahl der CBB pro Falle schätzen. Eine modifizierte volumetrische Schätzung kann auch erfolgen indem die KmH aus einer Falle in einem Messzylinder zusammen mit der Kill-Lösung und ermöglicht den Inhalt auf der unteren22begleichen. Sobald geklärt, das Volumen des Zylinders von CBB gefüllt kann angemerkt werden, und der Umrechnungsfaktor für 1 mL kann ermittelt werden, zu schätzen, dass die Gesamtzahl der CBB pro Falle gefangen. Zu guter Letzt können Kaffeebauern, die eine intime Kenntnis ihrer Höfe und sind mit dieser Überwachung Protokoll, um CBB Befall und Bewegung zu schätzen möchten Schritte auslassen, die Phänologie zu dokumentieren und das zählen der Rosinen auf Zweigen.
Zwei mögliche Einschränkungen dieses Protokolls sind hier erwähnenswert. Probenahme von Niederlassungen in Brusthöhe erfasst zunächst nicht Befall in der frühen Blüte Ernte, die höher in die Baumkronen beginnen kann. Die Beobachtungen legen jedoch nahe, dass diese frühen Blüte Ernte ein sehr kleiner Prozentsatz von den Gesamtertrag in Kaffee-Farmen in Hawaii ausmacht. Zweitens: Unser Protokoll nur Konten für Befall in grüne Beeren, und somit kann nicht genau erfassen Schätzungen der Beere Schaden wenn die Zahl der Farbe Pause und reifen Beeren hoch ist (September – Dezember in Hawaii).
Die Überwachung Protokoll hier vorgestellten kmh hat einige deutliche Vorteile gegenüber anderen Überwachungsprotokolle, die derzeit verwendet werden. Erstens erlaubt das systematische Stichproben-Design für noch mehr Stichproben im Vergleich zu Probenahme erfolgt in einem Zick-Zack-Muster. Diese Stichprobenplan ermöglicht bessere Schätzungen der Beere Schaden in einem bestimmten Bereich und erhöht das Potenzial um Hotspots zu erkennen. Zweitens wird die Einbeziehung von Elementen in das Überwachungsprotokoll, die wesentlich für Kaffee Agrarökosystemen (z.B., Phänologie, Wettervariablen und Management-Praktiken) besser zu verstehen die Dynamik zwischen invasiven Schadinsekten, Ihre Wirtspflanzen und verschiedene Umweltfaktoren. Drittens: die Verwendung von einer mobilen elektronischen Sammlung Datenanwendung während Feldstudien ermöglicht Echtzeit-Daten schnell und effizient eingetragen und in einer Datenbank organisiert werden und auch in Bezug auf andere automatisierte Kaffee Überwachungsmethoden wie Erkennung über23Fernerkundung. Ein weiterer Vorteil dieser Methode der Datenerhebung ist, dass detaillierte Befall Berichte generiert werden können, mit Leichtigkeit, so dass rechtzeitige Behandlungsempfehlungen für Landwirte weitergeleitet werden. Zu guter Letzt können die Echtzeitdaten auf CBB Biologie, Kaffee Pflanze Phänologie, Wetter und Management gesammelt in die Entwicklung von Prognosemodellen einfließen, die verwendet werden können, Managementpläne für einen besonderen Kaffee wachsenden Standort anpassen.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir sind dankbar, Wald Bremer dafür Drohne Bilderwelt des Kaffee-Farmen, sowie Unterstützung mit GIS Methoden. Wir danken Thomas Mangine, Matthew Mueller, Lindsey Hamilton, Shannon Wilson, Briana McCarthy und Mehana Sabado-Halpern für Unterstützung bei der Filmproduktion und zwei anonymen Gutachtern für Kommentare an einen früheren Entwurf. Diese Arbeit wurde von USDA-ARS finanziert. Meinungen, Erkenntnisse, Schlussfolgerungen oder Empfehlungen, die in dieser Veröffentlichung geäußerten sind diejenigen der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten des USDA. USDA ist eine Chancengleichheit Anbieter und Arbeitgeber.
Materials
| 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 |
References
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