Subletala doser av bekämpningsmedel kan påverka kolonier på ett sätt som är svåra att upptäcka med endast periodiska eller visuella metoder. Metoder för att mäta totalt vuxen bee massa, grubbla och föda genom vägning bikupor och hive delar, fotografera ramar och installerar sensorer, tillhandahålls. Dataanalys tas också upp.
Effekterna av subletala bekämpningsmedel exponering för honung bisamhällen kan vara betydande, men svåra att upptäcka i fältet standard visuell bedömningsmetoder. Här beskriver vi metoder för att mäta kvantiteterna av vuxna bin, grubbla och föda genom vägning bikupor och hive delar, genom att fotografera ramar och genom att installera nässelutslag på skalor och med interna sensorer. Data från dessa periodiska utvärderingar kombineras sedan med löpande genomsnittliga och dagliga detrended data på kupan vikt och interna hive temperatur. De resulterande datamängderna har använts för att upptäcka koloni-nivå effekter av imidakloprid tillämpas i en sockerlag som är så låg som 5 ppb. Metoderna är målet, kräver lite träning och ge permanenta poster i form av sensor utdata och fotografier.
Farhågor har ställts nyligen om honungsbin exponering för låga koncentrationer av jordbrukskemikalier, särskilt bekämpningsmedel. Honungsbin i fältet kan exponeras via direkt tillämpning på halvöknar i fältet eller ens kolonierna själva, genom kontakt med behandlade ytor, damm från utsäde behandlingar och vid förbrukning av växtprodukter såsom pollen, nektar och exsudat1 , 2 , 3 , 4 , 5. akut toxicitet är tydligt skadar honungsbin, men halterna att orsakar 50% dödlighet i test insekter (LC50) av många bekämpningsmedel, inklusive neonicotinoids såsom imidakloprid, är långt högre än den som observerades i bi bröd och vax6 och högre än vad som anses vara en ”fältet realistiska” rad7. Senaste arbete har emellertid visat signifikanta effekter av subletala exponering för bekämpningsmedel på kolonin nivå8, även för koncentrationer så lågt som 5 delar per miljard (ppb)9.
Honung bisamhällen har refererats till som ”superorganisms” eftersom många funktioner som associeras med ett enskilt djur, inklusive livsmedelsupphandling, reproduktion (som honung bisamhällen genomföra via kolonin fission), och temperaturkontroll, utförs av grupper av vuxna arbetstagare bin10,11,12,13,14. Honung bisamhällen, anses organismer, erbjuder en unik möjlighet för studien eftersom de strukturer som stöder kolonierna kan demonteras, undersökt, och ihop med, om det görs noggrant, små, eller inga biverkningar. Biodlare och forskare dra nytta av detta genom demontering bikuporna för att inspektera dem för, bland andra saker, närvaro och status om det drottning, skadedjur och patogener, tillräcklighet mataffärernas, mängden barnaskara, och andra faktorer15. Bisamhällen har en annan viktig egenskap att, till skillnad från de flesta homeotherms, de är oftast stationära och få resurser genom att distribuera forager bin som kan samla mat på avstånd upp till 10 km16. Bikupor kan därmed hållas på obestämd tid på elektroniska vågar, och den resulterande kontinuerlig vikt data har visat att tillhandahålla information om honung lagring, födosökande aktivitet, födosökande framgång, svärma, sirap konsumtion, letala och subletala bekämpningsmedel effekter, angrepp av skadegörare och råna9,17,18,19,20. Eftersom alla delar av kolonin, inklusive yngel kan nås, kan sensorer för temperatur, luftfuktighet, CO2, ljud och andra faktorer installeras i kupan och används för att få kontinuerlig data som informerar om hälsa och status av kolonin 21.
Uppskattningar av storleken på de vuxna biet och avels befolkningar är användbara om inte avgörande för tolkningen många typer av kontinuerlig data. Visuella bedömningar tillämpas snabbt och allmänt i fältet studier22 men har brister. Visuella inspektioner genomförs vanligtvis under dagen och står alltså inte för födosök bin, som kan komponera en betydande del av befolkningen23. Den precision och noggrannhet i beräkningar från visuella inspektioner beror också på utbildning och erfarenhet av inspektör(erna). Objektivitet är en annan faktor, särskilt om Kupan inspektörerna känner som nässelfeber finns i vilka behandlingsgrupperna; antaganden om fördelningen av felet av sådana åtgärder kan vara svårt att motivera.
Graden av registreringsdatafilen viktökning, storleken på de födosökande befolkningen, och inom-hive temperaturer, för att ge några exempel, skulle förväntas vara kvantitativt olika mellan stora och små kolonier, så mäta och styra för kolonin storlek ofta kraftigt underlättar upptäckt av behandlingseffekter i randomiserade experiment. För forskningsändamål, har ett exakta och objektiva mått på de vuxna bina utvecklats baserat på principen att skillnaden mellan registreringsdatafilen totala vikt under en period av inaktivitet, som på natten, och summan av alla bikupa delar (inklusive vikt woodenware, vax, honung och yngel) är vikten av den totala vuxna biet massa. Genom vägning ramar och mätning barnaskara massan med hjälp av ram fotografier, kan föda jämväl beräknas genom att subtrahera barnaskara massan från ram vikt, efter kontroll av vikten av den tomma ramen och vax. Dessa metoder är avsedda att förbättra på den precision som förväntat från visuella bedömningar i fältet.
Precis som en gröda vetenskapsman kräver noggrann och exakt data att utvärdera effekterna av olika behandlingar på växters tillväxt och avkastning, honey bee forskare kräver noggrann och exakt data att utvärdera bee kolonin tillväxt och aktivitet. Dessa typer av data är särskilt viktiga när behandlingseffekter kan vara subtila och lång sikt, som kan förväntas när bin utsätts för låga koncentrationer av bekämpningsmedel.
Kontinuerlig hive vikt data innehåller mycket information om av tillväxten och aktiviteten av kolonierna som studeras, liksom svaret av de kolonierna på exogena störningar, såsom från råna bin och tillägg av sockerrörssaft till en feeder9. Korrekt tolkning av kontinuerlig vikt och temperaturdata kräver dock viss kunskap om storleken på kolonin på periodisk basis. Medan storleken på vuxen bisamhällena kan beräknas från de dagliga amplituderna för detrended Timvisa data under en nektar flöde, på grund av ökad forager trafiken, utanför ett nektar flöde håller förhållandet inte väl20. Likaså kolonin vikt ändras på grund av födosök framgång, livsmedelskonsumtion och bee befolkningen ökar och minskar (t.ex. bee dödar) är delvis en funktion av kolonin storlek. Mindre kolonier kan vara friska men visar lägre tillväxttakt och mindre forager massa, till exempel helt enkelt på grund av en mindre forager befolkning.
Identifierar en konsekvent och informativ fast position för en temperaturgivare i kupan är avgörande för att producera reproducerbara resultat, särskilt med övervintring. Tidigare forskning har visat att temperaturövervakning på den övre skenan på en central ram i rutan barnaskara (nederst) var mindre korrelerade med (extern) omgivningstemperaturer än flera andra positioner i kupan och påverkades mer av kolonin själv 20. under vintern, temperatur skillnader mellan kolonin bee klustret omgivande skulle förväntas vara hög och så skillnader bland befattningar inom registreringsdatafilen jämväl förväntas vara större än under de varmare månaderna. Dessutom kommer att bee klustret flytta till olika platser inom registreringsdatafilen att utnyttja mat resurser25,26. Vinter studien beskrivs här visade att temperaturer vid horisontella lägen, från övre mitten till övre yttre ramar, var väsentligt annorlunda medan vertikal skillnader på mitten ramen inte var. Horisontella luftrörelser mellan ramar är relativt begränsad medan vertikal rörelse längs en ram inte är så vertikala blandning skulle förväntas vara större. Dessa resultat bekräftar att en sensor position på den övre skenan av den mellersta bildrutan är sannolikt att vara informativ med avseende på temperatur influenser från kolonin.
Hive utvärderingar lösa som de beskrivs här några av dessa frågor. Genom att subtrahera summan av registreringsdatafilen delar från totala hive vikt mätt under inaktivitet, som nattetid, uppskattningen av vuxna biet massan är oberoende av antalet födosök bin och därmed okänsligt för tidpunkten för utvärdering. Spela in data från en skala ger lite utrymme för subjektivitet och ram fotografier få en permanent post, så analyser av barnaskaran eller mat ytor kan ses över vid behov, vilket minskar beroendet av utbildning av den som utför analyserna.
Metoderna som beskrivs här är inte utan felkällor. Hive delar behöver vara så fria av bin som möjligt, och betydande delar av kam eller annat material som avlägsnas bör vägas före kasseras. Fukthalten i trä komponenter kan förändras över tid och tomma bikupor kan uppvisa mätbara dagliga svängningar i vikt på grund av dagliga förändringar i omgivande luftfuktighet24. En bikupa som innehåller en koloni ändras förmodligen inte så mycket eftersom honungsbin tenderar att upprätthålla en relativt konstant luftfuktighet inne kupan27, som skulle dämpa de omgivande effekterna. Dessa metoder beror också på arbetar snabbt. När en bikupa är tas isär, temperatur och gas villkoren förändras drastiskt och svala temperaturer kan påverka barnaskara hälsa14. Ta isär en registreringsdatafil utan en skärm att hålla ut bin från angränsande kolonier kan främja råna, särskilt i tider av nektar brist.
Ändringar av dessa förfaranden är ibland nödvändigt. Det är intresse för forskarna att samla så mycket data som möjligt, vid vissa tillfällen, exempelvis när många bikupor måste inspekteras, när råna trycket är hög eller när väderförhållandena inte är optimala, måste arbetstagare flytta snabbt och avstå från vissa uppgifter. Om data på livsmedelsreserver inte är avgörande, bör ramar som innehåller endast honung eller pollen eller ramar med endast vax eller foundation, vägde men inte fotograferade. Nivåer av icke-utjämnade larver och ägg är också av intresse för vissa forskare och de upptäcks ofta i ram fotografier; för att undvika provtagning måste bias forskare dock säker i att kunna identifiera dem på alla fotografier. Ofta bara utjämnade barnaskaran kan tillförlitligt och konsekvent identifieras på fotografier tagna under fältförhållanden. Om tillämpningen av behandling, några bikupor, särskilt de matade högre doser av imidakloprid, kan bli slö, orsakar en minskning i både sin konsumtion av sirap och deras förmåga att försvara sina registreringsdatafilen. Om en koloni misslyckas att konsumera sin sirap efter 5-7 d, sirap bör avlägsnas, vägde, och kasseras (för att undvika kontaminering på grund av jäsning) och kolonin erbjuds färska sirap. Genom vägning kasserade sirap, forskare har register över hur mycket varje koloni som konsumeras, och således kan beräkna totala dosering. Slutligen, tillämpningen av behandlingar i sockerlag är mest effektiv när det finns få eller inga alternativa nektar källor. Alternativa nektar källor skulle späda ut behandlingen till en okänd grad. Forskare bör ha i åtanke, som påpekades i avsnittet protokoll att bekämpningsmedel såsom imidakloprid är förknippade med minskad aktivitetsnivåer, inklusive hive skydd, beroende på koncentrationen. Minskad kolonin försvar kan också leda till ökad råna och möjliga confounding av behandlingar.
De resultat som presenteras här visar att kontinuerlig övervakning av registreringsdatafilen vikt och innertemperatur är känsliga till koloni-nivå beteenden, även med avseende på beteendeförändringar induceras av mycket låg (5 ppb) koncentrationer av neurotoxiska bekämpningsmedel. Ytterligare tillämpning av dessa metoder till andra nervgifter och bekämpningsmedel med andra verkningsmekanismer, såsom insekt tillväxtreglerande, skulle öka vår förståelse av effekterna av fältet-realistiska doser på honung bisamhällen.
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill varmt tacka K. Anderson, J.J. Adamczyk, E. Beren, jag Carstensen, M. Giansiracusa B. Mott, N. Holst och A.R. Stilwell för diskussioner om design och utförande och för hjälp i fältet.
Langstroth hive equipment (box) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | KD-700 |
Langstroth hive equipment (frame) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | WW-900 |
Langstroth hive equipment (lid and cover) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | WW-302 |
Langstroth hive equipment (base) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | WW-316 |
Langstroth hive equipment (internal feeder) | Mann Lake Ltd, Hackensack, MN | FD-505 |
Cordovan Italian queens and bee packages | C.F. Koehnen & Sons, Glenn, CA | |
Scale, bench (100 kg max. capacity): model B-2418 | TEKFA, Copenhagen, Denmark | discontinued |
Scale, bench (100 kg max. capacity): Diamond Series | Avery Weigh-Tronix , Fairmont, MN | 1824-200 |
Imidacloprid, analytical-grade CAS # 138261-41-3 | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO 63103 | 37894 |
Electronic scale, precision (precision = 0.1 mg): Adventurer Pro 260 | Ohaus, Parsippany, NJ | AV264C |
Electronic scale, portable (15 kg max. cap.): Ranger Count 3000 | Ohaus, Parsippany, NJ | RC31P15 |
Thermocouple probe: TMC6-HD | Onset Computer Corp., Bourne, MA | TMC6-HD |
Datalogger, 12-bit: Hobo U-12 | Onset Computer Corp., Bourne, MA | U12-012 |
Temperature and r.h. datalogger: iButton Hygrochron | Baulkham Hills, NSW 2153, Australia | DS1923 |
Temperature datalogger: iButton Thermochron | Baulkham Hills, NSW 2153, Australia | DS1922L |
Nalgene plastic bottle | Thermo Scientific, Rochester, NY | 2104-0032 |
Tissue embedding cassette | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | B1000731WH |
Digital camera: Pentax K-01 | Ricoh Imaging Co., Ltd. | 15241 |
ImageJ version 1.47 software | W. Rasband, National Institutes of Health, USA | |
Centrifuge tubes, 50 ml | Fisher Scientific, Asheville, NC | 14-959-49A |