Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Environment

Hawaii protokol for videnskabelig overvågning af kaffe bær soegeren: en Model for kaffe Agroecosystems hele verden

doi: 10.3791/57204 Published: March 19, 2018

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

Bemærk: En spansk oversættelse af protokollen er fastsat som supplerende fil 1.

1. definere, prøveudtagnings zoner inden for kaffe

  1. Undersøgelse kanten af feltet kaffe overvåges ved hjælp af en global positioning system (GPS) instrument. Importere felt koordinater til et globalt informationssystem (GIS) og genererer et kort over feltet kaffe.
  2. Opdele feltet i "zoner" (dvs., polygoner), hver omkring 335 m2. Disse vil blive brugt til at sikre en systematisk stikprøveudtagning design på tværs af feltet.

2. Opret en Data Collection program i et elektronisk System

  1. Ved hjælp af en elektronisk data indsamling platform, bygge en data collection program består af følgende forbundne databaser: fælder, zoner, Site Service, vejrstationer, og ledelse.
    Bemærk: Disse databaser vil blive brugt i alle efterfølgende trin i protokollen til indsamling og organisering af data.
  2. Oprette felter for 'webstedsnavn', 'fælde nummer', 'installation dato', tekniker feltnavn, 'installation foto' og et link til GPS-koordinaterne for hvert fælde fælder -database.
  3. Oprette felter for 'webstedsnavn' og 'zone nummer', med et link til georefererede site map viser hver zone zoner -database.
  4. Oprette felter for 'webstedsnavn', 'dato', tekniker feltnavn og 'site noter' Site Service -database. Oprette indlejrede databaser består af følgende inden for Site Service database.
    1. Omfatter Fælde Service til at registrere fælden nummer (med et link til relevante fælde installation post i den overordnede fælder database), fotografi af fælde fangst, og fælde count.
    2. Inkluderer Zone Service at optage Fænologi fotografier, bær infestation vurdering (samlede antal grønne bær, befængt grønne bær, grønne bær med B. bassianaog rosiner), og et link til den relevante zone post i overordnet Zoner database; denne post omfatter også GPS koordinater for hvert stikprøven træ.
    3. Omfatte Vejrstation Service at optage site navn, dato, data download og batteri kontrol.
    4. Omfatte Bær dissektion for at registrere lab tekniker navn, dato, og CBB position (AB eller CD) og dødelighed kategori (i live, død af andre årsager eller døde af Beauveria bassiana) for hver dissekeret bær.
  5. Oprette felter for 'webstedsnavn', 'stationsnummer', 'installation dato', tekniker feltnavn, 'installation foto' og et link til GPS-koordinaterne for hvert vejrstation vejrstationer -database.
  6. Management database, Opret felter for 'webstedsnavn', 'dato' og 'type forvaltning praksis'.

3. forberede og implementere fælder for overvågning CBB bevægelse

  1. Bestem antallet af fælder skulle overvåge CBB bevægelse i hvert felt.
    Bemærk: Trap tæthed pr. felt skal tilnærme 5 fælder for små felter (~0.5 ha) og 10 fælder for store felter (~ 1 ha)15.
  2. Bruger en thumbtack, gøre en serie af drænhuller over linjen fyld i hver fælde samling kop til at undgå fortynding af kill løsning af regnvand. Samle tragt fælder ifølge producentens anvisninger.
  3. Forberede 1 L af kill løsning består af 200 mL af propylenglycol og 800 mL vand. Næste, forberede en attractant blanding består af en 3:1 løsning af methanol: ethanol. Hæld 40 mL af attractant i plastikposer semipermeabel (2 mil, 3 tommer x 4 tommer) og sted i en container til transport.
    Bemærk: Semipermeabel tasker har vist sig at klare sig bedre end åben hætteglas med at tiltrække CBB, og også kræve mindre hyppige besøg at genopfylde lokker på grund af lavere eluering satser16.
    Forsigtig: Methanol og ethanol er meget brandfarlige væsker, er giftige ved indånding eller indtagelse, og er hud- og irritanter. Disse kemikalier skal håndteres i et rum med god udluftning mens iført handsker, øjenbeskyttelse og beskyttelsesbeklædning.
  4. Implementere fælderne ved tilfældigt at distribuere dem på tværs af feltet. Sted fælder 0,5 - 1,5 m over jorden, og fjern markeringen af gangene. Indsatserne kan bruges til at effektivt sikre fælder mellem træerne. Skrive site navn og fælde antallet med permanent markør på hver fælde for fremtidige identifikation.
  5. Fyld fælde samling kopper med 100 mL glycol kill opløsning og skrue kopper stramt på plads. Tillægger hver attractant taske en papirclips og bruge papir klippet til krog taske til midten af fælden.
  6. Bruger en mobilenhed, der er udstyret med elektroniske data indsamling platform, navigere til fælder databasen og oprette en ny installation post består af webstedet, dato, fælde nummer og et fotografi af fælden.
    Bemærk: Placeringen af trap inden for hvert felt er automatisk registreret via GPS på mobilenheden.

4. Service fælder

  1. Ved ankomsten i feltet, navigere til Webstedet Service database inden for det elektroniske system og opretter en ny webstedspost service består af site navn, dato og tekniker feltnavn.
    Bemærk: Tjenesten første fælde er gennemført to uger efter trap distribution, og hver to uger derefter. Hvis højere opløsning fælde fange ønskes data, en ugentlig fælde vedligeholdelse kan ske, selv om vi bemærker, at bi-ugentlig prøveudtagning er tilstrækkelige til at fange generel bevægelse tendenser i hele sæsonen (figur 1).
  2. Find fælden i feltet. Placer en bøde-maske hånd sigte (maskestørrelse 0,8 - 1,0 mm) på en plastikbeholder og hæld kill løsning fra samling kop gennem sigten. Kill opløsning overføres tilbage til samling kop og swish væske rundt for at sikre, at alle CBB er fjernet fra samling cup.
  3. Inden for den nye site service post, navigere til den Fælde tjenestedatabase og oprette en ny fælde service-post. Indtaste nummeret for relevante fælde, og fotografere sigten med det websted navn og fælde nummer i baggrunden. Gemme fotografiet til fælde service-post.
  4. Brug en ske eller metal spatel, scoop alle insekter i et hætteglas, fyldt med 70% ethanol. Label hætteglas med websted, dato og fælde nummer.
  5. Refill samling cup med frisk kill løsning og skrue tilbage på fælden. Én gang pr. måned vaskes ud samling kop med sæbevand, skylles, og erstatte med frisk kill løsning. Også erstatte lokkemidler og taske en gang per måned eller efter behov.

5. servicezoner til plante Fænologi

  1. Inden for service webstedspost, navigere hen til Zone tjenestedatabasen og oprette en ny zone service-post. Vælg en prøvetagningsstedet fra webstedkortet i sammenkædet Zones databasen.
  2. For at undgå prøveudtagning bias, tilfældigt vælge et træ fra inden for zonen ved støbning øjne nedad så kun baserne af træerne er synlige. Stående foran det valgte træ, tilfældigt vælge en laterale gren omkring brysthøjde. Klip en lineal på den markerede gren, og sørg for, at linealen ikke blokerer nogen af de reproduktive dele (noder, knopper, blomster, frugt) fra kameraets synsfelt.
  3. Tage et enkelt billede at sikre, at linealen og helhed af grenen mål er synlige. Tage et andet billede af hele træet; forsøge at få så meget af den mid-niveau baldakin i billedet som muligt. Gem både Fænologi billeder til Zone Service -post.

6. servicezoner til skade vurderinger af grønne bær

  1. Hvis grenen bruges til Fænologi synes at have > 30 grønne bær, tælle antallet af bær på grenen, der er i det mindste ært størrelse (~0.6 cm) og større, og er grøn til lys gullig-grøn farve (BBCH skala 77-8517). Indgå Zone Service record dette nummer.
    Bemærk: Hvis grenen bruges til Fænologi synes at have < 30 grønt bær, tilfældigt vælge en laterale gren på om brysthøjde fra et træ i målzonen med > 30 grønne bær synlige. Gøre dette fra en afstand at undgå bias i udvalg.
  2. Også i posten Zone Service Angiv antallet af grønne bær angrebne ved CBB på grenen. Angrebne bær vil have et lille hul, der er typisk placeret i den centrale disk; CBB måske eller måske ikke være synlig i hullet.
  3. Angiv antallet af grønne angrebne bær med synlige hvide B. bassiana svamp. Svampen kan ses på CBB og/eller omkring indgangen hul.
    Bemærk: Yderligere assays kan være nødvendigt at identificere svampe arter, hvis dette er af særlig interesse.
  4. Angiv antallet af rosiner (tørrede bær) på grenen. Denne information kan bruges til at forstå forholdet mellem ledelsespraksis (fx, strip picks) og CBB angreb.
  5. Indsamle tre angrebne grønne bær fra grenen; disse bliver taget tilbage til laboratoriet og dissekeret for at vurdere CBB stilling inden for bær.
    Bemærk: Grøn angrebne bær kan erhverves fra andre grene inden for zonen, hvis grenen anvendes til skadesvurdering har < 3 befængt grønne bær.
  6. Sted befængt grønne bær i en plast beholder og etiket med websted og dato. Opbevar containere i et køligere på is, indtil de kan transporteres tilbage til laboratoriet.
    Bemærk: Ideelt, bær bør blive dissekeret inden for 1-3 dage efter indsamling for at sikre maksimal efterladte af CBB.
    1. Gemme bær (efter behov) i lab på 14 ° C i op til tre dage med lidt at ingen dødelighed (S. udgangspunkt i Fortna & R. Hollingsworth, personlig meddelelse).
  7. Gentag trin for Fænologi og bær skader vurderinger i hver prøvetagningsstedet.
    Bemærk: Ca. 25 grene bør udtages for store bedrifter (~ 1 ha), og ~ 15 filialer bør udtages for små bedrifter (~0.5 ha). For dissektioner, bør 75 grønne angrebne bær indsamles fra store bedrifter og 45 fra små gårde på hver prøvetagningsdato. I nogle dele af året, kan det ikke være muligt at indsamle dette nummer af bær. I dette tilfælde, prøve at samle en minimum 50 grøn bær til store bedrifter (~ 1 ha) og 30 grønne bær for små bedrifter (~0.5 ha).

7. tælle antallet af CBB i hver Trap

  1. Placer en grove mesh hånd sigte (mesh størrelse ~1.5 mm) over en plastikbeholder, og tømme biller fra samling hætteglasset i sigten. Brug en vaskeflaske fyldt med vand for at få hele indholdet af hætteglasset.
  2. Bruge vaskeflasken til at sprøjte indholdet i sien, tvinger så mange små insekter gennem sien ned som muligt. Dette tillader større insekter og snavs kan adskilles fra de små biller i stikprøven, og begrænser unøjagtigheder i volumetriske estimater af CBB. Kassér den store insekter og snavs og skyl ud sigten.
  3. Placer en bøde-maske hånd sigte (mesh størrelse ~1.0 mm) over en anden plastikbeholder, og hæld indholdet af den første container i bøde-maske hånd sigten.
  4. Hvis der er mere end flere hundrede CBB, springe frem til trin 7.6. Hvis der er mindre end flere hundrede CBB, skal du gå til sigten bøde-maske på et stykke køkkenrulle til at fjerne overskydende vand. Vend sigten hovedet og trykke på alt indhold på en klar plast låg. Sprede biller omkring med en pensel, hvis de er klumpet sammen, og lad dem sidde indtil tør.
  5. Hvis der er mindre end flere hundrede CBB, bruge en bøde-tippes pensel eller lignende gennemføre for at line biller op i rækker, der er flere biller bred, og begynde at tælle under et lysmikroskop. Tælle det samlede antal biller og adskille i "CBB" og "andre" kategorier.
  6. Hvis der er mere end flere hundrede CBB, overføre CBB fra bøde-maske si til en 10-mL sprøjte med en metal spatel. Placer kolonnen ejector ind i sprøjten og tryk nedad forsigtigt indtil en lille modstand er følte, mens du er omhyggelig med ikke at knuse biller. Optage den volumetriske værdi på sprøjten.
  7. Tæller 200 biller fra volumetriske prøven ved hjælp af den protokol, der er beskrevet ovenfor. Brug følgende ligninger til at bestemme antallet af CBB versus andre biller i prøven.
    1. Anslå CBB tæller ved hjælp af:
      Samlede CBB estimat for prøven = (# CBB ÷ 200) x ∂ x (mL målt i sprøjte).
      Bemærk: Her ∂ = antallet af insekter/mL. Det anbefales, at et skøn over ∂ foretages for hver enkelt region; på Hawaii Island blev en værdi af 1033 målt.
    2. Anslå andre tæller ved hjælp af:
      "Andre" beetle estimat for den prøve = i alt (# andre ÷ 200) x ∂ x (mL målt i sprøjte).
  8. Når optællingen fælde er afsluttet, navigere til den relevante post, Fælde Service og indtast antallet af CBB og andre biller.

8. score Fænologi fotografier

  1. Eksportere kaffe Fænologi fotografier fra samlingen dataprogram. Åbn fotografiet og Find grenen med vedlagte hersker. Score følgende for denne gren.
    1. Score antallet af knudepunkter (fastgøringspunkter blade til grenen).
    2. Score tilstedeværelsen eller fraværet af umodne knopper, modne knopper, stearinlys, åbne blomster, og pin hoveder.
    3. Score antal ært størrelse grønne bær, umodne grønne bær, modne grønne bær, bærrene viser en farve pause, fuldt modne bær og rosiner.

9. dissekere bær Bestem CBB Position

  1. Tage de angrebne grønne bær ud af kølerum og tillade dem at varme til stuetemperatur i 10-15 min før man går videre med bær dissektion. Denne restitutionstid er vigtigt så CBB kan vurderes præcist som levende eller død.
    Bemærk: Dissektion af de angrebne bær giver placeringen af voksen CBB skal fastlægges. Position AB angiver hunnen har indledt indtrængen i bær, men har ikke nået frøhvide; position CD angiver hunnen har indtastet frøhvide13.
  2. Ved hjælp af en skalpel eller lignende gennemføre, gøre en skive gennem bær parallelt med centrale disken som en foreløbig vurdering af beetle holdning. Næste, gøre en række lavvandede skiver vinkelret på centrale disken og omkring indgangen hul til at afgøre, om CBB er i AB eller CD position.
  3. Opdele kategorierne AB og CD i "live", "døde af Beauveria bassiana", "døde af andre årsager" og "Bille mangler". Hvis det er uklart, om voksne er levende eller død, zoome ind med mikroskop og se ben til bevægelse.
  4. Sted optalt individer i en skål med vand eller alkohol. Dette hjælper med at holde styr på hvad har optalt, og forhindrer voksne biller fra flygter ind i laboratoriet.
  5. Når dissektioner for et websted er afsluttet, navigere til Bær dissektion databasen i den relevante service webstedspost og angive det samlede antal CBB i hver kategori.
  6. Læg dissekeret prøver i en beholder og fryse i 72 timer inden bortskaffelse.

10. Service manuel vejrstationer

Bemærk: vejrstationer kræver manuel data download kan være reparerede bi-ugentlige eller månedlige hente data og sikre alle sensorer arbejder korrekt. Vejret variabler, der er vigtigt at overveje for at forstå CBB biologi kan omfatte nedbør, fugt, luft og jord temperatur, solstråling, photosynthetically aktive stråling (PARI), jordfugtighed og vindens hastighed/retning.

  1. Find manuel vejrstationer i feltet. I det elektroniske system, Åbn det relevante Websted tjenestepost og navigere til vejrstation tjenestedatabasen. Opret en ny vejrstation servicering post, der er knyttet til den relevante vejrstation installation post.
  2. Bruge en vandtæt shuttle direkte forbinde datalogger og laptop data hentes. Gøre en note i vejrstationen servicering post at data blev hentet.
  3. Når data er blevet losset, manuelt relancering sol og temperatur/fugt logger for at sikre, at de har de korrekte indstillinger (nedbør logger ikke behøver at blive relanceret). Kontrollere batteriniveauet og udskifte efter behov. Gøre en note i det elektroniske system, som det er sket.
  4. Efter hjemkomsten til laboratoriet, tilføje de nyeste data til fuld vejr Sting og opdatere posten metadata.

11. Optag ledelsespraksis

Bemærk: Oplysninger om forvaltningspraksis kan bruges til at forstå mønstre i CBB aktivitet og befolkning størrelser. Relevante forvaltningspraksis kan omfatte (men er ikke begrænset til): sprøjtning B. bassiana svamp, sprøjtning pyrethins eller andre insekticider, beskæring, luge management, strip plukning, cherry picking, fjerne rosiner fra jorden, osv.

  1. I Management database, skal du oprette en ny ledelse post med navn, dato og type forvaltning praksis gennemført.

Representative Results

Vi rapporterer eksempler fra flere kaffe gårde, der er repræsentativt for typen af resultater, der kan opnås fra overvågning protokollen beskrevet ovenfor. Bestem CBB bevægelsesmønstre inden for og mellem Marker, kan den samlede fangst for en given fælde divideres med antallet af dage siden installation for at estimere antallet af CBB fanget pr. dag. Antallet af CBB fanget pr. dag kan derefter beregnes på tværs af alle fælder til at bestemme det gennemsnitlige antal CBB fanget pr. fælde per dag på tværs af gård (gennemsnit ± SEM; Figur 2). Fælde fangstdata kan bruges til at udlede perioder med spidsbelastning flyvning aktivitet18, og kan også bruges til direkte forvaltning aktiviteter såsom beskæring og B. bassiana sprays. Procent infestation fremstillet af bær skader vurderinger i feltet kan sammenlignes med fælde fangstdata til at bestemme, hvis perioder med høje angreb falder sammen med peak flyvning aktivitet19. Denne information er afgørende for at beslutte, hvis overvågningen CBB aktivitet gennem fælder alene er tilstrækkeligt til at informere kontrolforanstaltninger. Bær dissektioner i laboratoriet for at bestemme CBB positioner kan bruges til at informere avlerne når at sprøjte anvendelser af B. bassiana (> 5% af CBB er i AB position14). CBB holdning oplysninger kan også bruges sammen med hotspot maps genereres fra skader vurderinger i feltet for at informere avlere af omtrentlige placeringer inden for det felt, hvor B. bassiana skal sprøjtes (figur 3).

En fuldstændig oversigt over de faktorer, der er involveret i CBB angreb kan opnås ved at indsamle data på CBB positioner, dødelighed af B. bassiana, plante Fænologi, og forvaltning praksis. I stikprøve gård vist i figur 4, hostet størstedelen af angrebne bær dissekeret tidligt i vækstsæsonen CBB i positionen AB mens størstedelen af bær dissekeret senere på sæsonen hostet CBB i CD-stilling. Efter et højdepunkt i berry produktion, syv runder af kirsebær høst blev indspillet fra slutningen af juli til December (figur 4). Endelig, syv ansøgninger af B. bassiana blev gennemført med ca en måned mellemrum hele sæsonen, med CBB dødelighed observeret at interval fra 0 - 23% (figur 4). Endelig, selvom vejrdata ikke er præsenteret her, tilføjelsen af temperatur, luftfugtighed, og nedbørsmængder oplysninger vil sandsynligvis give yderligere indsigt i faktorer, der styrer CBB infestation mønstre og B. bassiana effektivitet på kaffe gårde.

Figure 1
Figur 1 . Betyde (± SEM) CBB fanget pr. fælde pr. dag for prøveudtagning gjort på ugentlige versus bi-ugentlige intervaller. Denne gennemsnitlige fælde fangst pr. dag er for fem tragt fælder fordelt tilfældigt på gården. Mere ekstreme toppe og dale er fanget i den ugentlige prøveudtagning og disse toppe synes lidt senere i bi-ugentlig prøveudtagning, selv om de generelle tendenser er sammenlignelige mellem de to intervaller. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 . Betyde (± SEM) CBB fanget pr. fælde pr. dag. Denne gennemsnitlige fælde fangst pr. dag er for ni tragt fælder fordelt tilfældigt på gården. To store toppe i CBB flyvning aktivitet kan ses på denne farm (marts og December) i 2016-2017 vækstsæsonen. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 . CBB infestation hotspots. Dette kort over en prøve kaffe gård viser CBB infestation hotspots observeret under en overvågning undersøgelse på 14 juni 2017. Størrelsen af hver rød cirkel er proportional med antallet af grønne angrebne bær på en stikprøven gren. I denne prøve farm, ialt 25 filialer blev udtaget, og en række 0 - 36 angrebne grønne bær blev observeret hver gren. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 . En omfattende oversigt over CBB angreb i en stikprøve kaffe farm. Placeringen af CBB i dissekeret grønne bær er defineret som AB (hunnen har indledt indtrængen i bær men ikke har nået endosperm) eller CD (kvindelige trådt endosperm). Dødelighed af CBB (via B. bassiana svamp), kaffe plante Fænologi (det gennemsnitlige antal bær pr. gren), og farm management praksis (B. bassiana sprays og cherry picks) vises også for sæsonen 2016 dyrkning af kaffe. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

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.

Disclosures

Vi har ingen interessekonflikter til betænkningen.

Acknowledgments

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.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jaramillo, J., Borgemeister, C., Baker, P. Coffee berry borer Hypothenemus hampei (Coleoptera: Curculionidae): searching for sustainable control strategies. Bull. Entomol. Res. 96, 223-233 (2006).
  2. Vega, F. E., Infante, F., Johnson, A. J. The genus Hypothenemus, with emphasis on H. hampei, coffee berry borer. Bark beetles, biology and ecology of native and invasive species . Vega, F. E., Hofstetter, R. W. 11, First, Elsevier. London, UK. Chapter 11 427-494 (2015).
  3. ISO. Green coffee -Defect reference chart. International Standard ISO 10470. 15 (2004).
  4. Wegbe, K., Cilias, C., Decazy, B., Alauzet, C., Dufour, B. Estimation of production losses caused by the coffee berry borer (Coleoptera: Scolytidae) and calculation of an economic damage threshold in Togolese coffee plots. J. Econ. Entomol. 96, 1473-1478 (2003).
  5. Burbano, E., Wright, M., Bright, D. E., Vega, F. E. New record for the coffee berry borer, Hypothenemus hampei, in Hawaii. J. Insect Sci. 11, (1), 117 (2011).
  6. Kinro, G. A Cup of Aloha: The Kona Coffee Epic. University of Hawaii Press. (2003).
  7. Teuber, R. Geographical indications of origin as a tool of product differentiation: The case of coffee. J. Int. Food Agribus. Mark. 22, (3-4), 277-298 (2010).
  8. Leung, P. S., Kawabata, A. M., Nakamoto, S. T. Estimated economy-wide impact of CBB for the crop years 2011/12 and 2012/13. Brief report at request of Hawaii Congressional Delegation. 2 (2014).
  9. Baker, P. S., Jackson, J. A. F., Murphy, S. T. Natural Enemies, natural allies. Project completion report of the integrated management of coffee berry borer project, CFC/ICO/02 (1998-2002). The commodities press. CABI commodities. Egham UK and Cenicafé, Chinchiná, Colombia. (2002).
  10. Brun, L. O., Marcillaud, C., Gaudichon, V., Suckling, D. M. Endosulfan resistance in Hypothenemus hampei (Coleoptera: Scolytidae) in New Caledonia. J. Econ. Entomol. 82, 1311-1316 (1989).
  11. Vega, F. E., Infante, F., Castillo, A., Jaramillo, J. The coffee berry borer, Hypothenemus hampei (Ferrari) (Coleoptera: Curculionidae): a short review, with recent findings and future research directions. Terr. Arthropod Rev. 2, 129-147 (2009).
  12. Aristizábal, L. F., Johnson, M., Shriner, S., Hollingsworth, R., Manoukis, N. C., Myers, R., Bayman, P., Arthurs, S. P. Integrated pest management of coffee berry borer in Hawaii and Puerto Rico: Current status and prospects. Insects. 8, 123 (2017).
  13. Bustillo, A. E., Cardenas, M. R., Villalba, D., Orozco, J., Benavides, M. P., Posada, F. J. Manejo integrado de la broca del café Hypothenemus hampei(Ferrari) en Colombia. Cenicafé. Chinchiná, Colombia. 134 (1998).
  14. Kawabata, A. M., Nakamoto, S. T., Curtiss, R. T. Recommendations for Coffee Berry Borer Integrated Pest Management in Hawai'i 2016. Insect Pests. IP-41, (2017).
  15. Aristizábal, L. F., Jiménez, M., Bustillo, A. E., Trujillo, H. I., Arthurs, S. P. Monitoring coffee berry borer, Hypothenemus hampei (Coleoptera: Curculionidae), populations with alcohol baited funnel traps in coffee farms in Colombia. Fla. Entomol. 98, (1), 381-383 (2015).
  16. Messing, R. H. The coffee berry borer (Hypothenemus hampei) invades Hawaii: Preliminary investigations on trap responses and alternate hosts. Insects. 3, (1), 640-652 (2012).
  17. Arcila-Pulgarín, J., Buhr, L., Bleiholder, H., Hack, H., Meier, U., Wicke, H. Application of the extended BBCH scale for the description of the growth stages of coffee (Coffea spp). Ann. Appl. Biol. 141, (1), 19-27 (2002).
  18. Mathieu, F., Brun, L. O., Frérot, B. Factors related with native host abandonment by the Coffee Berry Borer Hypothenemus hampei (Ferrari) (Coleoptera: Scolytidae). J. Appl. Entomol. 121, 175-180 (1997).
  19. Pereira, A. E., Vilela, E. F., Tinoco, R. S., de Lima, J. O. G., Fantine, A. K., Morais, E. G. F., Franca, C. F. M. Correlation between numbers captured and infestation levels of the Coffee Berry-borer, Hypothenemus hampei: A preliminary basis for an action threshold using baited traps. Int. J. Pest. Manage. 58, (2), 183-190 (2012).
  20. Baker, P. S., Ley, C., Balbuena, R., Barrera, J. F. Factors affecting the emergence of Hypothenemus hampei (Coleoptera: Scolytidae) from coffee berries. Bull. Entomol. Res. 82, 145-150 (1992).
  21. Dufour, B. P., Frérot, B. Optimization of coffee berry borer, Hypothenemus hampei Ferrari (Col., Scolytidae), mass trapping with an attractant mixture. J. Appl. Entomol. 132, 591-600 (2008).
  22. Aristizábal, L. F., Shriner, S., Hollingsworth, R., Arthurs, S. Flight activity and field infestation relationships for coffee berry borer in commercial coffee plantations in Kona and Ka'u districts, Hawaii. J. Econ. Entomol. 110, (6), 2421-2427 (2017).
  23. Gaertner, J., Genovese, V. B., Potter, C., Sewake, K., Manoukis, N. C. Vegetation classification of Coffea on Hawaii Island using Worldview-2 satellite imagery. J. App. Remote Sensing. 11, 046005 (2017).
Hawaii protokol for videnskabelig overvågning af kaffe bær soegeren: en Model for kaffe Agroecosystems hele verden
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Johnson, M. A., Hollingsworth, R., Fortna, S., Aristizábal, L. F., Manoukis, N. C. The Hawaii Protocol for Scientific Monitoring of Coffee Berry Borer: a Model for Coffee Agroecosystems Worldwide. J. Vis. Exp. (133), e57204, doi:10.3791/57204 (2018).More

Johnson, M. A., Hollingsworth, R., Fortna, S., Aristizábal, L. F., Manoukis, N. C. The Hawaii Protocol for Scientific Monitoring of Coffee Berry Borer: a Model for Coffee Agroecosystems Worldwide. J. Vis. Exp. (133), e57204, doi:10.3791/57204 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter