Omfattende overvåking av kaffe bær borer og verten anlegget dynamikk er viktig for samle landskap-level data for å forbedre behandling av denne invasiv pest. Her presenterer vi en protokoll for vitenskapelige overvåking av kaffe bær borer bevegelse, infestation, dødelighet, kaffe plante phenology, vær og gården forvaltning via en mobil elektroniske data innspillingen søknad.
Kaffe bær borer (CBB) er den mest ødeleggende insekt pest for kaffe avlinger over hele verden. Vi utviklet en vitenskapelig overvåking protokoll som er rettet mot opptak og kvantifisere dynamikk og virkningen av denne invasiv insekt pest og utvikling av sin næringsplanten over en heterogen landskapet. Hjørnesteinen i denne omfattende overvåkingssystem er betimelig georeferert datainnsamling på CBB bevegelse, kaffe bær infestation, dødelighet av soppen Tolypocladium bassianaog kaffe plante phenology via en mobil elektroniske data innspillingen program. Denne elektroniske datainnsamlingssystem lar feltet poster skal georeferert gjennom innebygd global positioning system, og er støttet av et nettverk av værstasjoner og registreringer av gården ledelsesmetoder. Omfattende overvåking av CBB og vert anlegget dynamics er en viktig del av en området hele prosjektet i Hawaii til å samle landskap-level data for forskning for å forbedre ledelsesmetoder. Kaffe agroecosystems i andre deler av verden som opplever svært variabel miljømessige og sosioøkonomiske faktorer også fordelen av å implementere denne protokollen, i at det vil drive utviklingen av tilpassede integrert pest management (IPM) til administrere CBB populasjoner.
Kaffe bær Borer (Hypothenemus hampei Ferrari) er en invasiv insekt pest som finnes over hele store kaffe voksende regioner av verden1,2. Denne lille bille tilbringer mesteparten av brukstiden i frø av en kaffe bær, gjør det vanskelig å styre med plantevernmidler spray. Den voksne kvinnelige kjeder hull i kaffe bær på sentrale platen og i kroppsbygning der det bygger gallerier for reproduksjon. Som Larvene utvikler seg, feed de på endosperm, forårsake direkte skade kaffebønne og påfølgende tap i ytelse og kvalitet3. Indirekte skade kan også oppstå ved oppføring av sopp og patogener i bean, som kan forårsake gjæring og endring av kaffe smaken4.
CBB ble først oppdaget på Hawaii-øya i August 20105 spredte seg raskt til nesten alle ~ 800 kaffe gårdene i Kona og Ka’u distriktene, to områder som er verdenskjent for sin kaffe produkter6,7 premium kvalitet . Administrerte og dårlig forvaltet gårder kan ha infestation nivåer over 90%, noe som resulterer i store økonomiske tap. I Hawaii, estimert økonomi-brede virkningen på grunn av CBB er ca $21 M årlig8. CBB har fortsatt å spre siden første introduksjonen til Hawaii-øya, og ble nylig oppdaget på nærliggende Hawaii Oahu (2014) og Maui (2016). Kauai er den eneste kaffe-produserende øya i Hawaii som forblir upåvirket av CBB, men øyas 3000 dekar kaffe er ekstremt sårbare for denne svært dispersiv pest.
Historisk har syntetiske insektmidler som endosulfan og chlorpyrifos blitt brukt i mange land å kontrollere CBB. Men har bekymringer om giftigheten av disse insektmidler mennesker og miljø9, samt bevis for insektmiddel motstand10, resultert i disse stoffene blir utestengt for bruk i mange land. Foreløpig avhengige mest kaffe voksende regioner IPM tilnærming til kontroll CBB. IPMs innebærer vanligvis en kombinasjon av sanitær praksis (f.ekspruning og strip-plukking), biologiske kontroller (f.eks, utgivelsen av ROV biller eller parasitoider) og anvendelse av biopesticides (f.eksden Entomopathogenic sopp B. bassiana)11,12. Nåværende anbefalinger for CBB ledelse i Hawaii foreslår også vanlig feltet overvåking alkohol-agnet feller og “tretti treet Sampling metoden” utviklet av Cenicafé13,14. Denne sampling metoden innebærer tilfeldig velge en gren fra midten av kalesjen som har minst 45 grønne bær og telle antall infested og ikke-infested bær. Denne prosessen gjentas i en sikk-sakk mønster over feltet totalt 30 trær per hektar (2,5 dekar), og brukes til å anslå prosent infestation.
Mens mange av disse IPM praksis blir vedtatt av kaffeprodusenter i Hawaii, den ekstreme heterogenitet i klima, topografi og kulturelle praksiser på øyene nødvendiggjøre at IPM tilpasses for hver lokasjon. Utvikling av tilpassede IPM avhenger av en overvåkingsprogram som inkluderer viktige elementer av kaffe agroecosystems, kaffe pest biologi og miljøet. Vi har gjennomført omfattende overvåking av CBB og verten anlegget dynamikk som del av en området hele prosjektet i Hawaii som samler data landskapet nivå for å informere ledelsesmetoder. Denne protokollen kan brukes i andre kaffe agroecosystems verden, og vil være spesielt nyttig for de som opplever svært variabel miljømessige og sosioøkonomiske faktorer som krever tilpasset IPM administrere CBB populasjoner.
Overvåking protokollen beskrevet her kan tjene som en viktig del av forskning på CBB og kontroll strategier mot denne invasiv kaffe pest. Vi har satt dette overvåking protokollen i praksis på 2016 og 2017 kaffen vekstsesongen forlenges på Hawaii-øya i et forsøk på å optimalisere hvert trinn i prosessen som er beskrevet i denne artikkelen og på videoen. Denne har vi sikret at viktige aspekter av CBB populasjonsdynamikk har vært overvåket og kvantifisert, at de mest effektive rimelige materialene har blitt bestemt for hvert trinn i protokollen, og at data samlet inn på CBB bevegelse, infestation, dødelighet, kaffe plante phenology, vær og gården kan brukes til å informere og forbedre gjeldende kontroll strategier.
Det finnes en rekke viktige trinn i denne protokollen som må følges for å sikre optimale resultater. Først trakt feller må være definert i en jevn høyde og plassert mellom trærne. Dette sikrer at attractant er tilstrekkelig diffust gjennom luften, og at biller har tilgang fellen fra alle retninger. Andre, er det nødvendig å bruke sikter med samme mesh størrelsen (grov-mesh sil ≈ 1,5 mm og finmasket sil ≈ 1.0 mm) gjennom hele overvåking for å sikre konsekvent resultater for volumetriske anslag over CBB. Tredje andelen CBB kontra andre biller hver overlapping kan variere betydelig mellom feller og over vekstsesongen, og det er derfor nødvendig å beregne disse proporsjonene for å minimere støy i fellen telle data. Fjerde, infested bær må lagres i en kjøler på is inntil de kan transporteres til lab, som bør bær lagres på 14 ° C til disseksjon. Lagring i et fuktig miljø vil medføre CBB fremveksten bær20. Til slutt, disseksjoner må være gjennomført innen 1-3 dager etter samling å sikre maksimal survivorship av CBB. Dødelighet av CBB kan oppstå hvis bær lagres på kalde temperaturer i lengre perioder.
Forholdsregler kan være nødvendig for forskning tiltak som ikke er inkludert her (f.eksovervåking CBB predator overflod). Endringer kan også gjøres til denne protokollen om tid, ressurser eller utstyr er begrensende faktorer. Felle attractant består av 3:1 metanol: etanol kan endres til en 1:1 metanol: etanol løsning med sammenlignbare resultater21. Såpevann kan også erstatte propylenglykol som drepe løsning i feller22. For estimater av store mengder CBB (f.eksflere hundre per trap), kan masse-baserte beregninger av CBB erstattes i stedet for volumetriske estimater. For eksempel kan den gjennomsnittlige tørre vekten av en enkelt CBB bestemmes ved å bruke en høy oppløsning skala. CBB samlet i 70% etanol kan deretter tørket i en ovn, og veide for å anslå hvor mange CBB per felle. En modifisert volumetriske anslag kan også gjøres ved å sette alle CBB fra en felle til en uteksaminert sylinder med drepe løsningen, og slik at innholdet til å bosette til bunnen22. Når avgjort, volumet av sylinder fylt av CBB kan bemerkes og omregningsfaktoren for 1 mL bestemmes å anslå antall CBB fanget per felle. Til slutt, kaffeprodusenter som har en intim kjennskap til sine gårder og bruker denne overvåking protokollen for å anslå CBB infestation og bevegelse kan ønske å utelate trinn som involverer dokumentere phenology og telle antall rosiner på greiner.
To mulige begrensninger av denne protokollen er verdt å nevne her. Først fange utvalg av grenene på brystet høyde ikke infestation i tidlig-blomstring avlingen som kan starte høyere i treet er kalesjen. Men foreslår observasjoner at denne tidlig-blomstring beskjære står for en svært liten prosentandel av den totale avkastningen i kaffe gårder i Hawaii. Andre våre protokollen bare kontoer for angrep i grønne bær, og dermed kan ikke nøyaktig fange estimater berry skade når antall farge pause og moden bær er høy (September – desember i Hawaii).
CBB overvåking protokollen presenteres her har flere klare fordeler fremfor andre overvåking protokoller som er i bruk. Først gir den systematiske stikkprøvekontroll designen jevnere prøvetaking i forhold til sampling gjort i en sikk-sakk mønster. Prøvetaking utformingen gir bedre estimater berry skade i et gitt felt, og øker potensialet å oppdage hotspots. Andre vil inkludering av elementer i overvåking protokollen som er viktige for kaffe agroecosystems (f.eks, phenology, vær variabler og ledelsesmetoder) forbedre vår forståelse av dynamikken mellom invasiv insekt skadedyr, deres vert planter og forskjellige miljøfaktorer. Tredje, bruk av en mobil elektroniske data collection programmet under feltet undersøkelser tillater sanntidsdata raskt og effektivt inn og organisert i en database, og kan også være relatert til andre automatiserte kaffe overvåking metoder som gjenkjenning via23til fjernmåling. En annen viktig fordel med denne metoden for innsamling av data er at detaljert infestation rapporter kan genereres med letthet, slik at riktig anbefalinger videresendes til bøndene. Til slutt, sanntids data samlet på CBB biologi, kaffe plante phenology, vær og ledelse kan bli innlemmet i utviklingen av prediktive modeller som kan brukes til å tilpasse ledelsesplaner for en bestemt kaffe voksende sted.
The authors have nothing to disclose.
Vi er takknemlige for skog Bremer for å gi drone bilder av kaffe gårder, i tillegg til hjelp med GIS metoder. Vi takker Thomas Mangine, Matthew Mueller, Lindsey Hamilton, Shannon Wilson, Briana McCarthy og Mehana Sabado-Halpern for hjelp med filmproduksjon og to anonyme korrekturlesere på et tidligere utkast. Dette arbeidet ble finansiert av USDA-ARS. Meninger, funn, konklusjoner eller anbefalinger i denne publikasjonen er de av forfatterne, og nødvendigvis gjenspeiler ikke synspunktene til USDA. USDA er like muligheter leverandøren og arbeidsgiver.
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 |