Omfattende overvågning af kaffe bær soegeren og vært plante dynamics er afgørende for sammenlægning landskab-niveau data for at forbedre forvaltningen af denne invasive skadedyr. Vi præsenterer her, en protokol for videnskabelig overvågning af kaffe bær soegeren bevægelse, angreb, dødelighed, kaffe plante Fænologi, vejr og farm management via en mobil elektronisk dataregistrering ansøgning.
Kaffe bær soegeren (CBB) er den mest ødelæggende insekt skadedyr for kaffe afgrøder på verdensplan. Vi udviklede en videnskabelig overvågning protokol, der sigter mod at indfange og kvantificere dynamics og virkningen af denne invasive insekt skadedyr samt udvikling af sin vært fabrik på tværs af en heterogene landskab. Hjørnestenen i denne omfattende overvågningssystem er rettidig georefererede dataindsamling på CBB bevægelse, kaffe bær angreb, dødelighed af svampen Beauveria bassianaog kaffe plante Fænologi via en mobil elektronisk dataregistrering ansøgning. Denne elektroniske dataindsamlingssystem giver felt poster skal være georefererede gennem indbygget globale positionsbestemmelsessystemer og bakkes op af et netværk af vejrstationer og registreringer af farm management praksis. Omfattende overvågning af CBB og vært plante dynamik er en væsentlig del af en område-dækkende projekt i Hawaii til samlede landskab-niveau data for forskning for at forbedre forvaltningspraksis. Kaffe agroecosystems i andre dele af verden, der oplever meget varierende miljømæssige og socioøkonomiske faktorer vil også drage fordel af gennemførelsen af denne protokol, idet det vil drive udviklingen af tilpassede integreret skadedyrsbekæmpelse (IPM) til administrere CBB populationer.
Kaffe bær soegeren (Hypothenemus hampei Ferrari) er en invasiv insekt skadedyr, der findes i hele store kaffe voksende regioner i verden1,2. Denne lille Bille tilbringer det meste af dens livscyklus inden for frø af en kaffe bær, hvilket gør det vanskeligt at kontrol med pesticid sprays. Den voksne kvindelige borer et hul i kaffe bær gennem centrale disken og ind i det frø, hvor den bygger gallerier for reproduktion. Da larverne udvikle, lever de af endosperm, forårsage direkte skader på kaffebønner og efterfølgende tab i udbytte og kvalitet3. Indirekte skader kan også opstå ved indtastning af svampe og patogener i bønne, som kan forårsage gæringen og ændring af kaffe smag4.
CBB blev først fundet på Hawaii Island i August 20105 og hurtigt sprede sig til næsten alle ~ 800 kaffe gårde i Kona og Ka’u distrikter, to områder, der er verdenskendt for høj kvalitet af deres kaffe produkter6,7 . Ikke-administreret og dårligt administreret gårde kan have infestation niveauer over 90%, hvilket resulterede i store økonomiske tab. I Hawaii, de anslåede hele økonomien virkninger på grund af CBB er ca $21 millioner årligt8. CBB er fortsat at sprede siden sin første introduktion til Hawaii-øen, og blev for nylig opdaget på den nærliggende Hawaii-øerne Oahu (2014) og Maui (2016). Kauai er den eneste kaffeproducerende ø i Hawaii, der forbliver upåvirket af CBB, men øens 3.000 hektar kaffe er ekstremt sårbare over for denne stærkt dispersive skadedyr.
Historisk, har syntetiske insekticider endosulfan og chlorpyrifos været brugt i mange lande til at styre CBB. Dog har bekymringer med hensyn til toksiciteten af disse insekticider for mennesker og miljø9, samt bevis for insekticid resistens10, resulteret i disse stoffer, er forbudt fra brug i mange lande. I øjeblikket, de fleste kaffe voksende regioner er afhængige af en IPM tilgang til kontrol CBB. Finder typisk indebærer en kombination af sanitet praksis (f.eks.beskæring og strip-picking), biologisk kontrol (f.eks., frigivelse af aggressiv biller eller parasitoider) og anvendelsen af biopesticider (f.eks., at insektspecifikke svampe B. bassiana)11,12. Nuværende anbefalinger for CBB management i Hawaii også foreslå regelmæssig felt overvågning ved hjælp af alkohol-krogene fælder og “tredive træet prøveudtagningsmetode” udviklet af Cenicafé13,14. Denne prøveudtagningsmetode indebærer tilfældigt vælge en gren fra midten baldakinen, der har mindst 45 grønne bær, og tælle antallet af inficerede og ikke-angrebne bær. Denne proces gentages i en zig-zag mønster på tværs af feltet for i alt 30 træer pr. ha (2.5 acres), og bruges til at anslå procentdelen angreb.
Mens mange af disse IPM praksis vedtages af kaffebønderne i Hawaii, de ekstreme heterogenitet i klima, topografi og kulturel praksis på øerne nødvendiggøre at IPM tilpasses til hver enkelt lokation. Udviklingen af tilpassede IPM vil afhænge af et overvågningsprogram, der omfatter de væsentlige elementer af kaffe agroecosystems, kaffe skadedyr biologi og miljø. Vi har gennemført omfattende overvågning af CBB og vært plante dynamics som del af et område-dækkende projekt i Hawaii, der aggregerer landskab-niveau data for at informere ledelsespraksis. Denne protokol kan bruges i andre kaffe agroecosystems rundt om i verden, og vil være særligt nyttige i dem, der oplever meget varierende miljømæssige og socioøkonomiske faktorer kræver tilpassede IPM at administrere CBB populationer.
Overvågning protokollen beskrevet her kan tjene som en væsentlig del af forskningen på CBB og kontrol strategier mod denne invasive kaffe skadedyr. Vi har lagt dette overvågning protokol i praksis over 2016 og 2017 kaffe vokser sæsoner på Hawaii Island i et forsøg på at optimere alle trin i processen beskrevet i denne artikel og den ledsagende video. Ved at gøre dette, har vi sikret, at vigtige aspekter af CBB populationsdynamik er blevet overvåget og kvantificeret, at de mest effektive billige materialer er fastlagt for hvert trin i protokollen, og at dataene indsamles på CBB bevægelse, angreb, dødelighed, kaffe plante Fænologi, vejr og farm management kan bruges til at informere og forbedre nuværende kontrolstrategier.
Der er en række vigtige skridt i denne protokol, der skal følges for at sikre optimale resultater. Første tragt fælder skal være sat op på en ensartet højde og placeret mellem træer. Dette vil sikre, at attractant er tilstrækkeligt spredt gennem luften, og at biller kan adgang fælden fra alle retninger. Det andet er det nødvendigt at bruge sier med den samme maskestørrelse (grove mesh si ≈ 1,5 mm og bøde-maske sigten ≈ 1.0 mm) i hele varigheden af overvågning for at sikre ensartede resultater for volumetriske skøn over CBB. Tredje del af CBB versus andre biller i hver fælde kan variere betydeligt blandt fælder og over vækstsæsonen, og det er derfor nødvendigt at vurdere disse proportioner for at minimere støj i trap count data. Fjerde, angrebne bær skal opbevares i et køligere på is, indtil de kan transporteres til laboratoriet, hvorefter bær skal opbevares ved 14 ° C indtil dissektion. Opbevaring i et fugtigt miljø vil resultere i CBB fremkomsten fra bær20. Endelig skal dissektioner foretages inden for 1-3 dage efter indsamling for at sikre maksimal efterladte af CBB. Dødelighed af CBB kan opstå, hvis bær gemmes på kolde temperaturer i længere perioder.
Yderligere trin kan være påkrævet for forskning initiativer, der ikke er medtaget her (f.eks.overvågning CBB predator overflod). Også kan foretages ændringer i denne protokol, hvis tid, ressourcer og/eller udstyr er begrænsende faktorer. Fælde attractant består af 3:1 methanol: ethanol kan ændres til en 1:1 methanol: ethanol løsning med sammenlignelige resultater21. Sæbevand kan også erstattes propylenglycol som en kill løsning i fælder22. For skøn i stort tal af CBB (f.eks.mere end flere hundrede pr. fælde), kan masse-baseret estimater af CBB erstattes i stedet for volumetriske skøn. For eksempel, kan en enkelt CBB gennemsnitlig tørvægt bestemmes ved hjælp af en høj opløsning skala. CBB indsamlet i 70% ethanol kan derefter tørret i en ovn og vejes for at estimere antallet af CBB pr. fælde. En modificeret volumetriske skøn kan også gøres ved at sætte alle CBB fra en fælde i et måleglas sammen med kill løsning, og at lade indholdet at bilægge til bunden22. Når afgjort, volumen af en cylinder fyldt af CBB kan noteres, og omregningsfaktor for 1 mL kan bestemmes til at anslå det samlede antal CBB fanget pr. fælde. Endelig kan kaffebønderne, der har et intimt kendskab til deres gårde og bruger denne kontrol protokol for at anslå CBB angreb og bevægelse ønske at udelade trin, der involverer dokumenterer Fænologi og tælle antallet af rosiner på grene.
To potentielle begrænsninger i denne protokol er værd at nævne her. Først, fanger prøveudtagning af filialer i brysthøjde ikke angreb i den tidlige blomstring afgrøde, der kan starte højere i træerne. Men observationer tyder på, at denne tidlige blomstring afgrøde tegner sig for en meget lille procentdel af det samlede udbytte i kaffe gårde i Hawaii. Andet, vores protokol kun konti for angreb i grønne bær, og dermed kan ikke præcist indfange estimater af berry skader når antallet af farve pause og modne bær er høj (September – December i Hawaii).
CBB overvågning protokol præsenteres her har flere klare fordele over andre overvågning protokoller, der er i øjeblikket i brug. Først, systematisk stikprøveudtagning design giver mulighed for mere jævn prøvetagning i forhold til prøvetagning i et zigzag-mønster. Denne prøveudtagning design giver mulighed for bedre skøn over bær skader i et givent felt, og øger potentialet til at opdage hotspots. For det andet, inddragelse af elementer i den overvågning protokol, der er afgørende for kaffe agroecosystems (fx, Fænologi, vejr variabler og ledelsespraksis) vil forbedre vores forståelse af dynamikken mellem invasive skadedyr, deres værtsplanter, og forskellige miljøfaktorer. For det tredje anvendelsen af en mobile elektroniske data collection program under feltet undersøgelser tillader realtidsdata til hurtigt og effektivt opføres og organiseret i en database, og kan også være relateret til andre automatiserede kaffe overvågningsmetoder såsom afsløring via remote sensing23. En anden vigtig fordel ved denne metode til indsamling af data er, at detaljerede infestation rapporter kan oprettes med lethed, giver rettidig forvaltning anbefalinger til videresendes til avlere. Endelig, real-time data indsamlet på CBB biologi, kaffe plante Fænologi, vejr og forvaltning kan indarbejdes i udviklingen af prognosemodeller, der kan bruges til at tilpasse forvaltningsplaner for en bestemt kaffe voksende placering.
The authors have nothing to disclose.
Vi er taknemmelige for skoven Bremer for at levere drone billedsprog kaffe gårde samt bistand med GIS metoder. Vi takker Thomas Mangine, Matthew Mueller, Lindsey Hamilton, Shannon Wilson, Briana McCarthy og Mehana Sabado-Halpern for bistand med filmproduktion og to anonyme korrekturlæsere for kommentarer på en tidligere udkast. Dette arbejde blev finansieret af USDA-ARS. Udtalelser, undersøgelsesresultater, konklusioner eller anbefalinger udtrykt i denne publikation er dem af forfatterne og nødvendigvis afspejler ikke synspunkter af USDA. USDA er en udbyder af lige muligheder og arbejdsgiver.
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 |