تصميم التجارب وتحضير الحبكة
أجريت التجربة في يوليو وأوائل أغسطس من 2023 و2024. عادة ما يمر موسم زراعة فول الصويا في أوهايو تقريبا من أبريل إلى نوفمبر. المواقع المستخدمة خلال موسم الزراعة لعام 2023 كانت تقع في مقاطعة كلينتون (39.488، -83.769) ومقاطعة يونيون (40.296، -83.283) في أوهايو. المواقع المستخدمة خلال موسم الزراعة لعام 2024 كانت تقع في مقاطعة كلينتون (39.489، -83.762)، مقاطعة بريبل (39.893، -84.611)، ومقاطعة ليكينغ (39.948، -82.501)، أوهايو.
استخدم التجربة تصميما عشوائيا للكتلة كاملة للتحكم في التأثيرات المكانية داخل حقل فول الصويا. داخل كل بلوك، تم تخصيص 5 قطع لمعالجة محددة. شملت العلاجات مرحلتين للنمو (R3 وR5) وتوقيتين للتطبيق (منتصف الصباح ومنتصف النهار)، وجلسة ضابطة غير معالجة. وقد أدى ذلك إلى إجراء 4 تطبيقات مبيدات حشرية على قطع الأراضي داخل كل بلوك: R3 منتصف الصباح، R3 منتصف النهار، R5 منتصف الصباح، R5 منتصف النهار. كانت التطبيقات خلال منتصف الصباح أو منتصف النهار تتم ضمن نافذة ~ساعتين، حيث كانت التطبيقات في منتصف الصباح تتركز تقريبا حوالي الساعة 10:00 صباحا، والتطبيقات في منتصف النهار تقريبا حول 12:30 ظهرا. بالإضافة إلى 5 قطع معالجة داخل كل بلوك، تم تخصيص 3 قطع كقطع احتياطية يمكن تحويلها إلى قطع معالجة في حال ضعف نمو فول الصويا. تم تحديد مراحل نبات فول الصويا بمساعدة أدلة المراحل مثل تلك التي نشرتها جامعة مينيسوتا التمديد39.
تم توزيع كتل قطع فول الصويا على بعد حوالي 1.016 متر (40 بوصة) للسماح للباحثين بالسير بسهولة بينها. كانت قطع فول الصويا بمساحة 1.9 متر × 8.5 متر (0.0016 هكتار؛ 6.25 قدم × 28 قدم)، والنوع الفولي الصويا المستخدم في جميع المواقع كان بايونير P35T155E (كورتيفا، إنديانابوليس، إنديانا). تم زراعة 6 صفوف في كل قطعة وكانت متباعدة بمسافة 38 سم (15 بوصة). تم استخدام معدل البذور 370,658 بذرة لكل هكتار (150,000 بذرة لكل فدان). كان جميع النحل المشاركين في التجربة من السكان المحليين. لم يضف الباحثون أي نحل إضافي. لم يكن لدى المؤلفين أي معرفة بوجود مناحل ثابتة أو مهاجرة بالقرب من مواقع التجارب. جميع المواد المستخدمة في التجربة مدرجة في جدول المواد.
تحضير المبيدات
المبيدات المستخدمة كانت مبيد الفطريات فيتنس (41.8٪ مادة فعالة بروبيكونازول) ومبيد الحشرات فاستاك EC (10.9٪ مادة فعالة ألفا-سيبرميثرين). كانت معدلات استخدام المبيدات 6 أونصات سائلة/ac (438.47 مل/هكتار) لمبيد الفطر SBI و3.8 أونصة سائلة/ac (277.70 مل/هكتار) لمبيد الحشرات البيريثرويد. لتحضير المبيدات للتطبيق، تم خلط 9.375 مل من مبيد الفطريات SBI و5.937 مل من مبيد الحشرات البيريثرويد مع الماء لتحقيق حجم نهائي 3 لتر كخليط في الحوض. تم ارتداء قفازات مقاومة للمواد الكيميائية أثناء تحضير الخليط. كان التركيز النهائي لمبيد الفطريات SBI في الحوض 3.125 مل لكل لتر. كان التركيز النهائي لمبيد الحشرات البيريثرويد في الحوض 1.979 مل لكل لتر.
تطبيق المبيدات
تم تطبيق هذا الخليط على قطع فول الصويا الفردية داخل كل كتلة باستخدام رشاش حقيبة ظهر مخصص الصنع. تم تطبيق خليط المبيدات في قمة مظلة فول الصويا، بسرعة ~5 كم في الساعة. بعد بدء عملية تطبيق المبيدات لعلاج معين، استغرق الأمر ~10 دقائق حتى تستلم جميع القطع التطبيق. لكل حوض سعة 3 لتر، يمكن تغطية مساحة ~0.027 هكتار بخليط المبيدات. حجم الرش المستهلك لكل هكتار حوالي 113 لتر. هذا يعني أنه تم تطبيق ~0.18 لتر من خليط الخزان لكل قطعة. ولتجنب انجراف المبيدات إلى قطع أخرى بسبب الرياح، تم تجنب تطبيقها في الأيام العاصفة. تم ارتداء معدات الحماية الشخصية الكاملة (قميص بأكمام طويلة وبنطلون طويل، قفازات مقاومة للمواد الكيميائية، أحذية وجوارب، ونظارات واقية) أثناء تطبيق المبيد. إذا كان هناك خليط زائد من المبيدات بعد انتهاء تطبيق المبيدات، يتم التخلص منه وفقا لتوصيات وكالة الرقابة البيئية في الولاية.
إعداد واستخدام جهاز التسجيل
الإعداد العام واستخدام مسجلات الصوت مشابه لبروتوكول وصفه مؤلفون آخرون40. تم تثبيت أجهزة تسجيل الصوت المحمولة (Sony ICD-PX370) على أوتاد بلاستيكي للسياج الكهربائي مع شريط خطاف وحلقة، ووضع رغوة مفتوحة الخلية فوق الميكروفون كزجاج أمامي. تم تثبيت غطاء مطر مطبوع ثلاثي الأبعاد على شكل مخروط على الوتد على ارتفاع ~3 سم فوق المسجل لحمايته من الطقس.
ثم وضعت أجهزة تسجيل الصوت في وسط كل قطعة ~24 ساعة قبل أول تطبيق للمبيد الحشري وتركت تعمل لمدة لا تقل عن 24 ساعة بعد كل تطبيق. تم نشر اثني عشر جهاز تسجيل لكل يوم تطبيق، أربعة لكل مجموعة من أوقات اليوم (منتصف الصباح، منتصف النهار، التحكم) في كل من R3 وR5.
معالجة بيانات الصوت
تمت معالجة جميع التسجيلات الصوتية عبر أداة التعلم الآلي "buzzdetect"41 التي يمكن العثور عليها على: https://github.com/OSU-Bee-Lab/buzzdetect. تم تدريب هذه الأداة على التمييز بين أصوات طنين الحشرات والأصوات الأخرى التي تحدث كثيرا في البيئة التجريبية، مثل السيارات أو التركيبات أو الطائرات. البرنامج غير قادر على تمييز طنين Apis mellifera عن أنواع النحل الأخرى. ومع ذلك، فإن buzzDetect قادر على التمييز بين أصوات الطنين وبعض أصوات الحشرات غير الطنينة، رغم أن الأصوات المحددة (مثل نداءات صرصار، خاصة في الليل) لا تزال صعبة التمييز. يمكن العثور على تعليمات أكثر تحديدا لكيفية تشغيل buzzDetect على: https://buzzdetect.readthedocs.io/en/latest/gui/. بعد تحليل الصوت، استخدم R42 لحساب معدل الكشف ضمن فترات زمنية من ساعة و8 ساعات.
بيانات إزالة الأوراق
تم إجراء تقييمات إزالة الأوراق من خلال تقييم أوراق الغطاء العلوي لفول الصويا بصريا على 10 نباتات في كل قطعة مشاركة في التجربة، بما في ذلك جميع المعالجات والقطع الضابطة غير المعالجة كما أوصى بها برنامج التمديد43 من جامعة نبراسكا. تم إجراء هذه التقييمات بعد 24 ساعة من تطبيق المبيدات خلال مرحلة نمو R5.
بيانات العائد
تم حصاد فول الصويا، وتم قياس المحصول بالبوشل لكل فدان باستخدام تركيبة قطعة ونظام وزن مقياس الحبوب. تم تعديل قياسات العائد إلى 13٪ رطوبة. كانت القطع مكونة من 6 صفوف لكل صف؛ تم حصاد الصفوف الأربعة في الوسط فقط لقياس الإنتاجية.
التحليل الإحصائي
تم إجراء جميع الإحصائيات فيR42. تم تحليل البيانات إما باستخدام نماذج خطية ذات تأثيرات مختلطة عبر حزمة lme444 أو الانحدار التجريبي عبر حزمة glmmTMB45. البيانات الخام من BuzzDetect متوفرة في المواد الإضافية. تم تحليل ثلاثة أنواع رئيسية من البيانات لهذه الدراسة. بيانات متوسط نشاط النحل خلال ساعة وثماني ساعات بعد تطبيق المبيدات، وإنتاجية كل قطعة من فول الصويا، وإزالة أوراق فول الصويا التي لوحظت في مرحلة نمو R5.
تم الحصول على متوسط نشاط النحل من خلال حساب نسبة الوقت الإيجابي لطنين النحل في نافذة زمنية مدتها 8 ساعات أو ساعة واحدة. نافذة الساعة تهدف إلى تقدير التأثيرات الحادة لتطبيق المبيدات على نشاط النحل، بينما نافذة ال 8 ساعات تهدف إلى تقدير التأثيرات الحادة والباقية. بيانات السمية المتبقية غير متوفرة لألفا-سيبرميثرين، لكن تم الإبلاغ عن السمية المتبقية للبيرثرويدات الأخرى بأنها ~8 ساعات بعد التطبيق الأولي46. نظرا لأن حساب نشاط النحل هو نسبة، فقد تم تحليل الفروقات في النشاط باستخدام الانحدار البيتا الذي أجري باستخدام حزمة R "glmmTMB". فحصت النماذج معدلات الكشف المتوسطة لمدة ساعة أو 8 ساعات بعد تطبيق المبيد الحشري وكيف تغيرت عند مقارنة القطع المعالجة مع قطع الضابط (حالة "الرش")، أو مرحلة نمو فول الصويا، أو وقت اليوم الذي تم فيه تطبيق المبيد الحشي، أو مرحلة النمو ووقت التفاعل اليومي. يتم الإشارة إلى المقارنة بين المخططات المعالجة والضابطة من خلال المتغير "المرش" في كل من صيغتي النموذج لمدة ساعة واحدة وثماني ساعات.
في نموذج نافذة الساعة، كانت التأثيرات الثابتة هي حالة "الرش"، ومرحلة النمو، ووقت اليوم، ومرحلة النمو ومدة تفاعل وقت اليوم. كان النموذج يحتوي على مصطلح تفاعل سنة وسنة حسب الموقع كتأثيرات عشوائية. كانت صيغة النموذج الكاملة:
(1)
معدل الكشف المتغير يعكس متوسط اكتشافات النحل التي لوحظت بالنسبة لنافذة المراقبة الكلية — في هذه الحالة، ساعة واحدة. يتطابق المعدل المتغير في الرش ما إذا كانت القطعة قد تم تطبيق مبيد حشري أو إذا كانت قطعة صيد غير معالجة. time_of_day المتغير يتوافق مع ما إذا كانت الاكتشافات قد تم التقاطها بعد تطبيق المبيدات في منتصف الصباح أو بعد منتصف النهار للإطار الزمني المطلوب. تتوافق المرحلة المتغيرة مع مرحلة النمو التي تم فيها التقاط الكشفات.
في نموذج نافذة ال 8 ساعات، كانت التأثيرات الثابتة هي مرحلة النمو وحالة "الرش". نموذج ال 8 ساعات يشمل ساعات الرش في منتصف النهار، مما يجعل مقارنة غير عادلة بين أوقات الرش في منتصف الصباح ومنتصف النهار. ويرجع ذلك إلى أن أوقات التطبيق في منتصف النهار لا تختبر كامل 8 ساعات من السمية المتبقية بسبب عدم نشاط النحل في المساء، وهو جزء كبير من هذه النوافذ التي تستمر 8 ساعات. لذلك، تم استبعاد طلبات منتصف النهار من النموذج، وكذلك "وقت اليوم" و "وقت اليوم: المرحلة". المصطلحات. الصيغة الكاملة لهذا النموذج كانت:
(2)
المتغيرات مثل معدل الكشف، والرش، والمرحلة لها نفس المعاني في هذه الصيغة كما في الصيغة المستخدمة لفترات الساعة. الفرق الوحيد هو أن معدل الكشف المتغير يحسب لنافذة زمنية مدتها 8 ساعات. تم تحليل بيانات العائد باستخدام نموذج خطي مختلط التأثيرات. نظر النموذج إلى البوشل لكل فدان لكل قطعة وكيف يختلف المحصول حسب المعالجة. كان التأثير الثابت في النموذج هو العلاج، وتم تعديل الموقع والسنة كتأثيرات عشوائية. تكتب صيغة النموذج الكاملة كالتالي:
(3)
تم قياس تساقط أوراق فول الصويا كمتوسط نسبة مساحة سطح الأوراق المفقودة لكل قطعة. تم استخدام نموذج خطي متعدد التأثيرات لمقارنة تأثير وقت يوم تطبيق المبيد على نسبة تساقط الأوراق. كان التأثير الثابت في النموذج هو وقت اليوم الذي يتم فيه رش المخططات بالضغط. تم تعديل الموقع والسنة كتأثيرات عشوائية. الصيغة الكاملة للنموذج هي:
(4)
جميع البروتوكولات المستخدمة في هذه الدراسة مجمعة في الملف التكميلي 1.