Il protocollo di Hawaii per monitoraggio scientifico di Coffee Berry Borer: un modello per caffè agroecosistemi in tutto il mondo
Summary
Monitoraggio completo della piralide bacca di caffè e le dinamiche di pianta ospite è essenziale per l’aggregazione dei dati a livello di paesaggio per migliorare la gestione di questo parassita invasivo. Qui, presentiamo un protocollo per il monitoraggio scientifico del movimento borer bacca di caffè, infestazione, mortalità, fenologia di pianta del caffè, meteo e gestione delle aziende agricole tramite un dati elettronici mobile applicazione di registrazione.
Abstract
Trivellatore di bacca di caffè (CBB) è il parassita di insetto più devastante per le colture di caffè in tutto il mondo. Abbiamo sviluppato un protocollo di monitoraggio scientifico che mira a catturare e quantificare la dinamica e l’impatto di questo insetto parassita invasivo nonché lo sviluppo di alla pianta ospite attraverso un paesaggio eterogeneo. La pietra angolare di questo sistema di monitoraggio completo è raccolta dati georeferenziati tempestivo sul movimento CBB, infestazione di bacca di caffè, mortalità dal fungo Beauveria bassianae fenologia di pianta di caffè tramite un registrazione di dati elettronici mobili applicazione. Questo sistema di raccolta di dati elettronici consente registrazioni di campo essere georeferenziate attraverso sistemi di posizionamento globale incorporati ed è sostenuto da una rete di stazioni meteorologiche e record di pratiche di gestione di fattoria. Monitoraggio completo delle dinamiche di pianta CBB e host è una parte essenziale di un progetto di area geografica alle Hawaii per aggregare i dati di livello di paesaggio per la ricerca migliorare le pratiche di gestione. Caffè agroecosistemi in altre parti del mondo che l’esperienza altamente variabili fattori ambientali e socioeconomici beneficeranno anche attuare questo protocollo, che guiderà lo sviluppo di su misura di lotta integrata (IPM) per il gestore di popolazioni di CBB.
Introduction
Caffè Berry Borer (FerrariHypothenemus hampei ) è un insetto parassita invasivo che è trovato nelle regioni crescenti principali caffè del mondo1,2. Questo minuscolo coleottero trascorre la maggior parte del suo ciclo di vita all’interno del seme di una bacca di caffè, che lo rende difficile da controllare con Spray antiparassitario. La femmina adulta fece un foro nella bacca di caffè attraverso il disco centrale e nel seme dove si costruisce gallerie per la riproduzione. Come si sviluppano le larve, si nutrono l’endosperma, causando danni diretti al chicco di caffè e conseguenti perdite di resa e qualità3. Danno indiretto può verificarsi anche dalla voce di funghi e patogeni nel fagiolo, che può causare fermentazione e alterazione del sapore caffè4.
CBB è stato rilevato sull’isola di Hawaii in agosto 20105 e si diffuse rapidamente a quasi tutte le aziende di caffè ~ 800 in Kona e i distretti di Ka’u, due aree che sono famosi nel mondo per la qualità del loro caffè prodotti6,7 . Aziende agricole mal gestite e non gestite possono avere livelli di infestazione superiori al 90%, causando ingenti perdite economiche. Nelle Hawaii, l’impatto stimato di tutta l’economia a causa di CBB è circa $21 M annualmente8. CBB ha continuato a diffondersi sin dalla sua introduzione iniziale all’isola di Hawaii e recentemente è stato rilevato sulle vicine isole Hawaii Oahu (2014) e Maui (2016). Kauai è l’unica isola di produttori di caffè nelle Hawaii che rimane invariata da CBB, ma 3.000 ettari dell’isola di caffè è estremamente vulnerabile a questo parassita altamente dispersivo.
Storicamente, gli insetticidi sintetici come endosulfan e Clorpirifos sono stati utilizzati in molti paesi per controllo CBB. Tuttavia, preoccupazioni per quanto riguarda la tossicità di questi insetticidi per gli esseri umani e l’ambiente9, come pure la prova per insetticida resistenza10, hanno portato a queste sostanze, essendo vietate l’uso in molti paesi. Attualmente, la maggior parte delle regioni di crescita di caffè si basano su un approccio IPM a controllo CBB. IPMs tipicamente coinvolgono una combinazione di pratiche igienico-sanitarie (ad es., potatura e striscia-picking), controlli biologici (ad esempio, il rilascio di Coleotteri predatori o parassitoidi) e l’applicazione di biopesticidi (ad es., il entomopatogeni fungo b. bassiana)11,12. Le raccomandazioni correnti per la gestione di CBB in Hawaii anche suggeriscono campo regolare monitoraggio tramite trappole innescate da alcol e il “albero trenta metodo di campionamento” sviluppato dalla Cenicafé13,14. Questo metodo di campionamento comporta selezionando in modo casuale un ramo dal Mid-baldacchino che ha almeno 45 bacche verdi e contando il numero di bacche infestate e non infestate. Questo processo viene ripetuto in un motivo a zig-zag attraverso il campo per un totale di 30 alberi per ettaro (2.5 acri) e viene utilizzato per stimare la percentuale infestazione.
Mentre molte di queste pratiche IPM vengono adottate da coltivatori di caffè in Hawaii, l’estrema eterogeneità nel clima, topografia e necessitano di pratiche culturali sulle isole che IPM essere personalizzato per ogni posizione. Lo sviluppo di IPM su misura dipenderà da un programma di monitoraggio che comprende gli elementi essenziali del caffè agroecosistemi, biologia dei parassiti di caffè e l’ambiente. Abbiamo implementato un monitoraggio completo delle dinamiche di pianta CBB e host come parte di un progetto di area geografica nelle Hawaii che aggrega i dati a livello di paesaggio per informare le pratiche di gestione. Questo protocollo può essere utilizzato in altri agroecosistemi di caffè nel mondo e sarà particolarmente utile a coloro che l’esperienza altamente variabili fattori ambientali e socioeconomici che richiedono IPM personalizzati gestire le popolazioni CBB.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il protocollo di monitoraggio descritto qui può servire come una parte essenziale della ricerca sulle strategie di CBB e controllo contro questo parassita invasivo caffè. Abbiamo messo questo protocollo di sorveglianza in pratica sul caffè 2016 e 2017 stagioni di crescita sull’isola di Hawaii, nel tentativo di ottimizzare ogni fase del processo descritto in questo articolo e il video di accompagnamento. In questo modo, abbiamo fatto in modo che aspetti importanti della dinamica di popolazione di CBB sono stati monitorati e quantificati, che i materiali di basso costo più efficaci sono stati determinati per ogni passaggio del protocollo, e che i dati raccolti sul movimento CBB, infestazione, la mortalità, la fenologia di pianta del caffè, meteo e farm management può essere utilizzato per informare e migliorare le attuali strategie di controllo.
Ci sono un numero di punti critici in questo protocollo che devono essere seguite per garantire dei risultati ottimali. In primo luogo, imbuto trappole devono essere impostata ad un’altezza uniforme e posizionata tra gli alberi. Questo assicurerà che il attractant sia sufficientemente diffusa attraverso l’aria, e che gli scarabei possono accedere la trappola da tutte le direzioni. In secondo luogo, è necessario utilizzare setacci con la stessa maglia (mesh grezza setaccio ≈ 1,5 mm ed eccellente-maglia setaccio ≈ 1.0 mm) per tutta la durata del monitoraggio per garantire risultati coerenti per le stime volumetriche del gancio di traino. In terzo luogo, la proporzione di CBB contro altri coleotteri in ogni trappola può variare notevolmente tra trappole e sopra la stagione di crescita, e quindi è necessario stimare queste proporzioni per minimizzare il rumore nei dati di conteggio di trappola. Bacche in quarto luogo, infestate devono trovarsi in un secchiello di ghiaccio fino a quando non possono essere trasportati al laboratorio, dopo di che le bacche devono essere conservate a 14 ° C fino a dissezione. Deposito in un ambiente umido si tradurrà in emersione CBB dalla bacche20. Infine, le dissezioni devono svolgersi entro 1-3 giorni dalla raccolta per garantire massima sopravvivenza di CBB. Mortalità di CBB può verificarsi se le bacche vengono memorizzate a basse temperature per periodi prolungati.
Passaggi aggiuntivi potrebbero essere necessari per la ricerca iniziative che sono non inclusi in questa sezione (ad es., monitoraggio abbondanza predator CBB). Possono anche essere apportate modifiche al presente protocollo se tempo, risorse e/o attrezzature sono fattori limitanti. La trappola attractant composto da 3:1 metanolo: etanolo può essere modificato in una soluzione di 1:1 metanolo: etanolo con risultati comparabili21. Acqua e sapone può anche essere sostituito per glicole propilenico come soluzione di uccidere in trappole22. Le stime di un gran numero di CBB (ad esempio, più di diverse centinaia per trappola), stime basate su massa del gancio di traino possono essere sostituite al posto di stime volumetriche. Ad esempio, il medio peso a secco di un singolo gancio di traino può essere determinato utilizzando una scala ad alta risoluzione. CBB raccolti in etanolo al 70% può essere asciugato in forno e pesati per stimare il numero di CBB per trappola. Inoltre può essere effettuata una stima volumetrica modificata mettendo il gancio di traino da una trappola in un cilindro graduato con la soluzione di uccidere, e permettendo il contenuto a stabilirsi a fondo22. Una volta sistemati, il volume del cilindro riempito di CBB può essere notato, e il fattore di conversione per 1 mL può essere determinato a stimare che il numero totale di CBB catturati per trappola. Infine, i coltivatori di caffè che hanno una conoscenza approfondita delle loro aziende e stanno usando questo protocollo di monitoraggio per stimare il movimento e l’infestazione CBB potrebbero voler omettere passaggi che implicano che documentano fenologia e contando il numero di uvetta sui rami.
Due potenziali limitazioni del presente protocollo sono degni di nota qui. In primo luogo, campionamento dei rami all’altezza del petto non acquisisce infestazione nella coltura fioritura precoce che si avviino superiore nel baldacchino albero. Tuttavia, le osservazioni suggeriscono che questa coltura di fioritura precoce rappresenta una percentuale molto piccola del rendimento complessivo in piantagioni di caffè nelle Hawaii. In secondo luogo, il nostro protocollo solo conti per infestazione in verde le bacche e così può non accuratamente catturare stime di danni bacca quando il numero di interruzione di colore e bacche mature è alto (settembre – dicembre in Hawaii).
Il gancio di traino monitoraggio protocollo presentato qui ha diversi vantaggi rispetto altri protocolli di monitoraggio che sono attualmente in uso. In primo luogo, il disegno di campionamento casuale sistematico permette per il campionamento più uniforme rispetto al campionamento fatto in un motivo a zig-zag. Questo disegno di campionamento consente stime migliori di danno di berry nel corso di un determinato settore e aumenta il potenziale di individuare punti di accesso. In secondo luogo, l’inclusione di elementi nel protocollo di monitoraggio che sono essenziali per caffè agroecosistemi (ad es., fenologia, condizioni meteo variabili e pratiche di gestione) miglioreranno la nostra comprensione delle dinamiche tra parassiti invasivi, loro piante ospiti e vari fattori ambientali. In terzo luogo, l’uso di un’applicazione di raccolta dati elettronica mobile durante indagini sul campo permette rapidamente ed efficientemente inserito e organizzati in un database, dati in tempo reale e può anche essere collegato ad altri caffè automatizzato monitoraggio metodi quali il rilevamento tramite telerilevamento23. Un altro importante vantaggio di questo metodo di raccolta dei dati è che possono essere generati rapporti dettagliati infestazione con facilità, consentendo di suggerimenti per la gestione tempestiva deve essere inoltrata ai coltivatori. Infine, i dati in tempo reale raccolti sulla biologia CBB, fenologia di pianta del caffè, meteo e la gestione possono essere incorporati nello sviluppo di modelli predittivi che può essere utilizzato per personalizzare i piani di gestione per un caffè particolare zona di produzione.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Siamo grati a foresta Bremer per fornire immagini di drone di piantagioni di caffè, nonché assistenza con metodi GIS. Ringraziamo Thomas Mangine, Matthew Mueller, Lindsey Hamilton, Shannon Wilson, Briana McCarthy e Mehana Sartori-Halpern per assistenza con la produzione di film e due revisori anonimi per Commenti su una prima stesura. Questo lavoro è stato finanziato dalla USDA-ARS. Opinioni, conclusioni, conclusioni o raccomandazioni espresse in questa pubblicazione sono quelle degli autori e non riflettono necessariamente le opinioni dell’USDA. USDA è un fornitore di pari opportunità e il datore di lavoro.
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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