Login processing...

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

Environment

De Hawaii-Protocol voor wetenschappelijke Monitoring van koffie Berry Borer: een Model voor koffie Agro-ecosystemen wereldwijd

doi: 10.3791/57204 Published: March 19, 2018

Summary

Alomvattend toezicht van koffie berry borer en host plant dynamics is essentieel voor het aggregeren van gegevens van de landschap-niveau ter verbetering van het beheer van deze invasieve pest. Hier presenteren we een protocol voor wetenschappelijke monitoring van koffie berry borer beweging, besmetting, sterfte, koffie plant fenologie, weer en bedrijfsbeheer via een mobiele elektronische gegevens opnemen van toepassing.

Abstract

Koffie berry borer (CBB) is de meest verwoestende insect plaag voor koffie gewassen wereldwijd. We ontwikkelden een wetenschappelijk monitoringsprotocol die is gericht op vastleggen en kwantificeren van de dynamiek en het effect van deze invasieve insect pest alsmede de ontwikkeling van de waardplant over een heterogene landschap. De hoeksteen van deze uitgebreide controlesysteem is tijdige geografische gegevensverzameling over CBB beweging, koffie berry besmetting, sterfte door de schimmel Beauveria bassianaen koffie plant fenologie via een mobiele elektronische gegevensregistratie toepassing. Deze elektronische systeem voor gegevensverzameling kunt veld records als geografische via ingebouwde mondiale plaatsbepalingssystemen, en wordt ondersteund door een netwerk van weerstations en records van boerderij beheerpraktijken. Alomvattende monitoring van CBB en gastheer plant dynamics is een essentieel onderdeel van een project van de hele eurozone in Hawaii om statistische gegevens van de landschap-niveau voor onderzoek om praktijken te verbeteren. Koffie Agro-ecosystemen in andere delen van de wereld die ervaring zeer variabel milieu- en sociaal-economische factoren zullen ook profiteren van de uitvoering van dit protocol, in die zin dat het de ontwikkeling van aangepaste integrated pest management (IPM) rijdt CBB populaties te beheren.

Introduction

Koffie Berry Borer (Hypothenemus hampei Ferrari) is een invasieve insect plaag die de soort komt verspreid over grote koffie groeiende gebieden van de wereld1,2. Deze kleine kever het grootste deel van de levenscyclus in het zaad van een koffie berry, waardoor het moeilijk om te bepalen met bestrijdingsmiddelen sprays. Het volwassen vrouwtje boort een gat in de Bes van de koffie via de centrale schijf, en in het zaad waar het bouwt galleries voor reproductie. Als de larven ontwikkelen, voeden ze zich met het endosperm, directe schade aan de koffieboon en de daaropvolgende verlies in opbrengst en kwaliteit3. Indirecte schade kan ook optreden door de toetreding van schimmels en ziektekiemen in de Boon, die leiden gisting en wijziging van de koffie smaak4 tot kan.

CBB werd voor het eerst ontdekt op Hawaï Island in augustus 20105 en verspreidde zich snel naar bijna alle van de boerderijen ~ 800 koffie in de Kona en Ka'u districts, twee gebieden die zijn wereldberoemde voor de Premiumkwaliteit van hun koffie producten6,7 . Onbeheerde en slecht beheerde bedrijven kunnen besmetting niveaus meer dan 90%, resulterend in enorme economische verliezen hebben. In Hawaii, de geschatte impact van de gehele economie als gevolg van CBB is ongeveer $21 M jaarlijks8. CBB heeft verder te verspreiden sinds de eerste invoering ervan naar Hawaii Island, en is onlangs gevonden op de naburige Hawaïaanse eilanden Oahu (2014) en Maui (2016). Kauai is het enige koffieproducerende eiland in Hawaï die onaangetast door CBB blijft, maar de 3.000 hectare van het eiland van koffie is uiterst kwetsbaar voor deze zeer verspreide pest.

Historisch, zijn in veel landen controle CBB synthetische insecticiden zoals endosulfan en chloorpyrifos gebruikt. Echter hebben bezorgdheid over de toxiciteit van deze insecticiden voor de mens en het milieu9, alsook bewijs voor insecticide resistentie10, geleid tot deze stoffen wordt verboden in vele landen worden gebruikt. Momenteel, vertrouwen meeste koffie groeiende gebieden op een aanpak van IPM controle CBB. IPMs zijn gewoonlijk een combinatie van sanitaire voorzieningen procedures (b.v., snoeien en strip-picking), biologische besturingselementen (bijvoorbeeld, de vrijlating van roofzuchtige kevers of parasitoïden) en de toepassing van de biopesticides (b.v., de entomopathogene schimmels B. bassiana)11,12. Huidige aanbevelingen voor CBB beheer in Hawaï suggereren ook regelmatige plaatselijke controles met behulp van alcohol-aas vallen en de "dertig boom bemonsteringsmethode" ontwikkeld door Cenicafé13,14. Deze bemonsteringsmethode omvat willekeurig selecteren van een tak in de mid luifel met ten minste 45 groene bessen en tellen van het aantal aangetaste en niet-aangetaste bessen. Dit proces wordt herhaald in een zig-zag patroon in het veld voor een totaal van 30 bomen per hectare (2,5 hectare), en wordt gebruikt voor de schatting van percentage besmetting.

Terwijl veel van deze praktijken IPM zijn goedgekeurd door de koffieboeren in Hawaii, de extreme heterogeniteit in klimaat, topografie en culturele praktijken op de eilanden dat IPM vereisen worden aangepast aan elke locatie. De ontwikkeling van aangepaste IPM zal afhangen van een monitoringprogramma waarin de essentiële elementen van koffie Agro-ecosystemen, koffie pest biologie en het milieu. Wij hebben uitgebreide monitoring van CBB en gastheer plant dynamics als onderdeel van een gebied bestrijkende project in Hawaï dat aggregaten landschap-niveau gegevens om te informeren van de beheerspraktijken. Dit protocol kan worden gebruikt in andere koffie Agro-ecosystemen in de wereld, en zullen met name handig in die ervaring zeer variabel milieu- en sociaal-economische factoren vereisen aangepaste IPM voor het beheren van CBB populaties.

Protocol

Opmerking: Een Spaanse vertaling van het protocol worden verstrekt als aanvullende bestand 1.

1. bemonstering Zones binnen koffie velden definiëren

  1. Enquête de omtrek van het koffie gebied worden gecontroleerd met behulp van een global positioning system (GPS) instrument. De coördinaten van het veld importeren een globale informatiesysteem (GIS) en een overzicht van het koffie-veld gegenereerd.
  2. Verdeel het veld in de "zones" (dat wil zeggen, veelhoeken), elk over 335 m2. Deze zal worden gebruikt om het ontwerp van een systematische aselecte steekproef over het veld.

2. Maak een gegevenstoepassing van de collectie in een elektronisch systeem

  1. Met behulp van een elektronische collectie dataplatform, bouwen een gegevenstoepassing collectie bestaat uit de volgende onderling aan elkaar gekoppelde databases: Traps, Zones, on-site Service, weerstations, en beheer.
    Opmerking: Deze databases zal worden gebruikt in alle opeenvolgende stappen van het protocol voor het verzamelen en organiseren van gegevens.
  2. Voor de Traps database, velden voor 'de naam van de site', ' val nummer', 'implementatie datum', 'de naam van het veld technicus', 'implementatie foto', en een link naar de GPS-coördinaten voor elke trap te maken.
  3. Voor de Zones database, velden voor 'de naam van de site' en 'zonenummer', met een link naar de sitemap van de geografische weergeven van elke zone te maken.
  4. Voor de On-site Service database, velden voor 'de naam van de site', 'datum', 'de naam van het veld technicus' en 'site notities' te maken. Binnen de Site servicedatabase geneste databases bestaat uit de volgende te maken.
    1. Trap-Service omvatten aan record val nummer (met een link naar relevante val implementatie record in de database van bovenliggende vallen ), foto van de vangst van de val, en trap-graaf.
    2. Zone-Service record fenologie foto's bevatten, berry besmetting beoordeling (totale aantal groene bessen, besmet groene bessen, groene bessen met B. bassianaen rozijnen), en een link naar de record van de relevante zone in de bovenliggende Zones databank; deze record bevat ook GPS-coördinaten van elke bemonsterde boom.
    3. Weerstation-Service record sitenaam, datum, gegevens downloaden en batterijcontrole bevatten.
    4. Omvatten Berry dissectie om lab technicus naam, datum, en CBB positie (AB of CD) en sterfte categorie (leven, dood door andere oorzaken, of dood door Beauveria bassiana) voor elke ontleed berry te registreren.
  5. Voor de weerstations database, velden voor 'de naam van de site', 'station nummer', 'implementatie datum', 'de naam van het veld technicus', 'implementatie foto' en een link naar de GPS-coördinaten van elke weerstation te maken.
  6. Voor de beheer -database, velden voor 'de naam van de site', 'datum' en 'type beheerspraktijken' te maken.

3. voorbereiden en implementeren van Traps voor het toezicht op CBB verkeer

  1. Bepaal het aantal traps moest controleren CBB verkeer in elk veld.
    Opmerking: Trap dichtheid per veld moet bij benadering 5 traps voor kleine velden (~0.5 ha) en 10-traps voor grote velden (~ 1 ha)15.
  2. Met behulp van een punaise, maak een reeks van drainagegaten boven de vullijn in elk kopje collectie val te vermijden verdunning van de oplossing van de doden door regenwater. Het monteren van de trechter vallen volgens de instructies van de fabrikant.
  3. Bereiden 1 L van doden oplossing bestaat uit 200 mL propyleenglycol en 800 mL water. Volgende, bereiden een mengsel van de lokstof bestaat uit een 3:1-oplossing van methanol: ethanol. Giet 40 mL van de lokstof in semi-permeabel plasticzakken (2 mil, 3 inch x 4 inch) en breng dit in een container voor het vervoer.
    Opmerking: Semi-permeabel zakken is aangetoond dat ze beter presteren dan open flesjes bij het aantrekken van CBB, en ook minder frequente bezoeken aan het hervullen van kunstaas als gevolg van lagere elutie tarieven16vereisen.
    Let op: Methanol en ethanol zijn ontvlambare vloeistoffen, giftig als ingeademd of ingeslikt, en zijn huid en oogkleur irriterende stoffen. Deze chemische stoffen moeten worden behandeld in een goed geventileerde ruimte terwijl het dragen van handschoenen, oogbescherming en beschermende kleding.
  4. Implementeer de vallen door willekeurig verdelen ervan over het veld. Plaats vallen 0,5 - 1,5 m boven de grond, en vrij van de zijbeuken. Inzet kan worden gebruikt om daadwerkelijk veilig vallen tussen bomen. Schrijf de site-naam en trap-nummer met permanente marker op elke trap voor toekomstige identificatie.
  5. Val collectie cups vullen met 100 mL van de oplossing van de doden glycol en schroef de cups strak op zijn plaats. Bevestig een paperclip aan elke lokstof zak en gebruik de paperclip te sluiten van de zak naar het midden van de val.
  6. Met behulp van een mobiel apparaat uitgerust met het elektronische dataplatform collectie, ga naar de Traps -database en een nieuwe implementatie record bestaat uit de site, datum en nummer van de trap een foto van de val maken.
    Opmerking: De locatie van de trap binnen elk gekozen terrein wordt automatisch vastgelegd via GPS op het mobiele apparaat.

4. Service Traps

  1. Bij aankomst in het veld, ga naar de Site Service -database in het elektronische systeem en maak een nieuwe site SRV-record bestaat uit de naam van de site, datum en technicus veldnaam.
    Opmerking: De eerste trap-service is uitgevoerd twee weken na de implementatie van de val, en daarna om de twee weken. Als de vangst van de hogere resolutie val is gegevens gewenst, een per trap onderhoud kan worden gedaan, hoewel we er rekening mee dat bi-wekelijkse monsterneming is voldoende om het vastleggen van algemene beweging tendensen gedurende het gehele seizoen (Figuur 1).
  2. Zoek de val in het veld. Plaats een fijn gaas hand zeef (maaswijdte 0,8 - 1,0 mm) op een plastic container en giet de oplossing van de doden uit de collectie cup door de zeef. Breng de oplossing van de doden terug naar de collectie cup en de vloeistof rond om ervoor te zorgen dat alle de CBB zijn verwijderd uit de collectie cup swish.
  3. Binnen het nieuwe site-SRV-record, ga naar de Trap-Service -database en maak een nieuwe val SRV-record. Voer het nummer van de relevante val, en fotograferen van de zeef met de site naam en val in de achtergrond. Sla de foto op de val SRV-record.
  4. Met behulp van een lepel of spatel metalen, schep alle insecten in een flacon gevuld met 70% ethanol. Label de flacon met plaats, datum en nummer van de trap.
  5. Het bijvullen van de collectie cup met verse doden oplossing en schroef terug op de trap. Keer per maand wassen uit de collectie cup met zeepsop, spoel, en vervangen door verse doden oplossing. Ook de lokstof en tas één keer per maand of indien nodig vervangen.

5. serviceregio voor Plant fenologie

  1. Binnen de site SRV-record, ga naar de Zone Service -database en maak een nieuwe zone SRV-record. Selecteer een bemonsteringsgebied van het site-overzicht in de gekoppelde database van Zones .
  2. Om te voorkomen dat de steekproef bias, willekeurig een boom uit binnen de zone door gieten ogen naar beneden zodat alleen dat de grondslagen van de bomen zichtbaar zijn. Staande voor de geselecteerde boom, willekeurig kiezen van een laterale tak rond borst hoogte. Illustraties van een liniaal op de geselecteerde tak, ervoor te zorgen dat de liniaal niet de reproductieve delen (knooppunten, knoppen, bloemen, fruit) uit het gezichtsveld van de camera's blokkeert.
  3. Neem een enkele foto ervoor te zorgen dat de liniaal en het geheel van de doel-tak zichtbaar zijn. Neem een tweede foto van de hele boom; proberen om zo veel van de luifel mid-level in de foto mogelijk. Beide fenologie foto's in de Zone de SRV -record opslaan.

6. serviceregio voor schade evaluaties van groene bessen

  1. Als de tak gebruikt voor fenologie lijkt te hebben > 30 groene bessen, tellen het aantal bessen op de tak die ten minste erwt-grootte (~0.6 cm) en groter, en zijn groen tot geelachtig-lichtgroen in kleur (BBCH schaal 77-8517). Voer dit nummer in de Zone de SRV -record.
    Opmerking: Als de tak gebruikt voor fenologie lijkt te hebben van < 30 groene bessen, selecteer lukraak een laterale tak op over de hoogte van de borst van een boom in de doelzone met > 30 groene bessen zichtbaar. Dit doen vanuit een afstand om te voorkomen dat vooringenomenheid in de selectie.
  2. Ook in de Zone de SRV -record, geef het aantal groene bessen besmet door CBB op de tak. Besmette bessen zal hebben een klein gaatje die zich doorgaans in de centrale schijf bevindt; CBB al kan dan niet zichtbaar in het gat.
  3. Voer het aantal groene besmette bessen met zichtbare witte B. bassiana schimmel. De schimmel kan worden gezien op het CBB en/of rondom het gat van de ingang.
    Opmerking: Verdere tests kunnen nodig zijn om de schimmel soorten geïdentificeerd indien dit van bijzonder belang.
  4. Voer het aantal rozijnen (gedroogde bessen) op de tak. Deze informatie kan worden gebruikt om te begrijpen van relaties tussen beheerpraktijken (b.v., strip picks) en CBB besmetting.
  5. Verzamelen van drie besmette groene bessen van het bijkantoor worden vermeld; Deze zal worden terug genomen naar het lab en ontleed om te beoordelen CBB positie binnen de berry.
    Opmerking: Green besmette bessen kunnen verworven worden van andere takken binnen de zone de tak gebruikt voor de beoordeling van de schade heeft < 3 besmet groene bessen.
  6. Plaats besmet groene bessen in een plastic container en een label met de site en de datum. Opslag containers in een koeler op ijs totdat ze kunnen terug getransporteerd naar het lab.
    Opmerking: in het ideale geval bessen moeten worden ontleed binnen 1-3 dagen van de collectie om ervoor te zorgen maximale nabestaanden van CBB.
    1. Opslag bessen (indien nodig) in het lab van 14 ° C voor maximaal drie dagen met weinig tot geen mortaliteit (S. Fortna & R. Hollingsworth, persoonlijke mededeling).
  7. Herhaal stappen voor fenologie en schade evaluaties in elke bemonsteringsgebied berry.
    Opmerking: Ongeveer 25 takken moeten worden bemonsterd voor grote landbouwbedrijven (~ 1 ha), en ~ 15 takken moeten worden bemonsterd voor kleine boerderijen (~0.5 ha). Voor ontledingen, moeten 75 groene besmette bessen worden verzameld uit grote boerderijen en 45 van kleine boerderijen op de datum van elke bemonstering. Tijdens sommige delen van het jaar, het niet mogelijk dit aantal bessen te verzamelen. In dit geval proberen te verzamelen van een minimum van 50 groene bessen voor grote landbouwbedrijven (~ 1 ha) en 30 groene bessen voor kleine boerderijen (~0.5 ha).

7. het aantal CBB in elke Trap

  1. Een grof gaas hand zeef (maaswijdte grootte ~1.5 mm) op een plastic container plaatst en leeg de kevers uit de collectie flacon in de zeef. Gebruik een wassen fles gevuld met water om alle inhoud uit het flesje.
  2. Gebruik de wash-fles te spuiten de inhoud in de zeef, dwingt zo veel kleine insecten door de zeef mogelijk. Dit maakt grotere insecten en puin uit worden gescheiden van de kleine kevers in de steekproef en onnauwkeurigheden in volumetrische schattingen van CBB beperkt. Negeren van de grote insecten en puin en spoelen de zeef.
  3. Een fijn gaas hand zeef (maaswijdte grootte ~1.0 mm) op een tweede plastic container plaatst en giet de inhoud van de eerste container in de zeef fijn gaas hand.
  4. Als er meer dan enkele honderden CBB, skip vooruit aan stap 7.6. Als er minder dan enkele honderden CBB, plaats de fine-maaswijdte van de zeef op een papieren handdoek te verwijderen van overtollig water. Keer de zeef ondersteboven en tik op alle inhoud op een doorzichtige plastic deksel. Verspreid de kevers rond met een penseel als ze samen worden samengeklonterd, laten zitten tot droog.
  5. Als er minder dan enkele honderden CBB, gebruik van een schone-tipped penseel of soortgelijke implementeren de kevers line-up naar rijen die diverse kevers breed zijn en beginnen tellen onder een lichte Microscoop. Tel het totale aantal kevers en scheiden in "CBB" en "Overig".
  6. Als er meer dan enkele honderden CBB, overbrengen in het CBB van de fine-maaswijdte van de zeef een 10 mL spuit met behulp van een metalen spatel. Plaats de Uitwerper-kolom in de spuit en druk voorzichtig naar beneden tot een lichte weerstand wordt gevoeld, terwijl dat evenwel niet tot de kevers verpletteren. Record de volumetrische waarde op de spuit.
  7. Count 200 kevers uit de volumetrische monster met behulp van het protocol zoals hierboven beschreven. De volgende vergelijkingen gebruiken om te bepalen van het aantal CBB versus andere kevers in de steekproef.
    1. Een schatting van de CBB graaf gebruiken:
      Totale CBB raming voor het monster (# CBB ÷ 200) = x ∂ x (gemeten in de injectiespuit mL).
      Opmerking: Hier ∂ = het aantal insecten/mL. Het wordt aanbevolen dat een schatting van ∂ worden gemaakt voor elke regio; op Hawaï Island is een waarde van 1033 werd gemeten.
    2. Een schatting van de andere gebruik van de graaf:
      "Andere" kever raming voor de steekproef = Total (# andere ÷ 200) x ∂ x (gemeten in de injectiespuit mL).
  8. Wanneer de val telling is voltooid, navigeert u naar de desbetreffende record van de Trap-Service en voer het aantal CBB en andere kevers.

8. score fenologie foto 's

  1. De koffie fenologie foto's uit de collectie gegevenstoepassing exporteren. Open de foto en ga naar de tak met de bijgevoegde liniaal. Voor deze tak scoren de volgende.
    1. Score het aantal knooppunten (koppelingseisen punten van de bladeren aan de tak).
    2. Score van de aanwezigheid of afwezigheid van onrijpe toppen, volwassen toppen, kaarsen, open bloemen en pin hoofden.
    3. Score het aantal erwt grote groene bessen, onvolwassen groene bessen, rijpe groene bessen, bessen met een pauze van kleur, volledig rijpe bessen en rozijnen.

9. ontleden bessen om CBB positie te bepalen

  1. Neem de besmette groene bessen uit koude opslag en laten opwarmen tot kamertemperatuur gedurende 10-15 minuten voordat u verdergaat met berry dissection. Dit hersteltijd is belangrijk zodat CBB kan nauwkeurig worden beoordeeld als levend of dood.
    Opmerking: Dissectie van de besmette bessen maakt het mogelijk de positie van volwassen CBB te bepalen. Positie AB geeft aan het vrouwtje penetratie in de Bes heeft ingeleid, maar niet heeft bereikt het endosperm; positie CD geeft aan dat het vrouwtje het endosperm13heeft ingevoerd.
  2. Met behulp van een scalpel of soortgelijke implementeren, maken een segment door de berry parallel aan de centrale schijf als een voorlopige beoordeling van de positie van de kever Vervolgens een aantal ondiepe sneetjes loodrecht op de centrale schijf maken en rond het gat van de ingang om te bepalen als het CBB in de AB of CD is plaatsen.
  3. Verdeel de categorieën AB en CD in "leven", "dead door Beauveria bassiana", "dood door andere oorzaken" en "kever mist". Als het is onduidelijk als de volwassenen levend of dood zijn, inzoomen met de Microscoop en Bekijk de benen voor verkeer.
  4. Plaats geteld van individuen in een schotel met water of alcohol. Dit helpt bij het bijhouden van wat is geteld, en verhindert dat volwassen kevers ontsnappen in het lab.
  5. Zodra de ontledingen voor een site zijn voltooid, ga naar de Berry dissectie -database in de desbetreffende site SRV-record en geef het totale aantal CBB in elke categorie.
  6. Leg ontleed monsters in een container en bevriezen voor 72 uur vóór verwijdering.

10. Service handmatige weerstations

Opmerking: er zijn weerstations vereisen handmatige gegevens downloaden mogelijk onderhouden bi-wekelijkse of maandelijkse downloaden van gegevens en zorgen dat alle sensoren goed werken. De variabelen weer die belangrijk zijn om te overwegen voor het begrijpen van CBB biologie eventueel regen, vochtigheid, lucht en bodem temperatuur, zonnestraling, fotosynthetische actieve straling (PAR), bodemvocht en snelheid/windrichting.

  1. Zoek handmatige weerstations in het veld. Open de relevante Site SRV -record in het elektronische systeem, en ga naar het Weerstation Service -database. Maak een nieuwe weerstation onderhoud record die is gekoppeld aan de record van de implementatie van relevante weerstation.
  2. Gebruik een waterdichte shuttle om rechtstreeks verbinding te maken met de datalogger en laptop voor gegevens download. Noteer in het weerstation onderhoud record dat gegevens is gedownload.
  3. Zodra de gegevens zijn gegaan uitgeladen, herlancering handmatig op de zonne-energie en temperatuur/luchtvochtigheid loggers zodat ze de juiste instellingen (regenval logger hoeft niet te worden opnieuw gelanceerd). Controleer batterijniveau en vervang indien nodig. Noteer in het elektronische systeem dat dit heeft gedaan.
  4. Na zijn terugkeer naar het lab, de meest recente gegevens toevoegen aan de volledige weer steken en de metadata record bijwerkt.

11. record managementpraktijken

Opmerking: Informatie over beheerpraktijken kan worden gebruikt om te begrijpen van de patronen in CBB activiteit en bevolking maten. Relevante beheerpraktijken kunnen omvatten (maar zijn niet beperkt tot): B. bassiana schimmel, verstuiven van pyrethins of andere insecticiden, snoeien, sproeien onkruid management, strip plukken, kersen plukken, het verwijderen van rozijnen uit de grond, enz.

  1. In de beheer-database door een nieuwe management-record te maken met de sitenaam, datum en soort beheerspraktijken uitgevoerd.

Representative Results

Rapporteren we voorbeelden uit verschillende koffie boerderijen die representatief voor het type resultaten die kunnen worden verkregen uit het monitoringsprotocol zijn hierboven beschreven. Om te bepalen CBB bewegingspatronen binnen en tussen velden, kan de totale vangst voor een bepaalde trap worden gedeeld door het aantal dagen sinds de implementatie te schatten het aantal CBB gevangen per dag. Het aantal CBB gevangen per dag kan vervolgens worden gemiddeld over alle traps om te bepalen van dat het gemiddelde aantal CBB gevangen per trap per dag op de boerderij (gemiddelde ± SEM; Figuur 2). Val vangstgegevens kunnen worden gebruikt voor periodes van activiteit18van de vlucht van de piek afleiden, en kan ook worden gebruikt voor direct beheeractiviteiten zoals snoeien en B. bassiana sprays. Percentage besmetting verkregen berry schade evaluaties in het veld kan worden vergeleken met de vangstgegevens val om te bepalen als periodes van hoge besmetting met piek vlucht activiteit19 samenvallen. Deze informatie is essentieel voor het beslissen als CBB bewakingsactiviteit via vallen alleen al is voldoende om te informeren van de controlemaatregelen. Berry dissecties in het laboratorium om te bepalen van CBB posities kunnen worden gebruikt om te informeren telers wanneer te spuiten toepassingen van B. bassiana (> 5% van CBB zijn in de AB positie14). CBB positie-informatie kan ook worden gebruikt in combinatie met hotspot kaarten gegenereerd op basis van de beoordeling van de schade in het veld om de telers van geschatte locaties binnen het gebied waar B. bassiana moet worden gespoten (Figuur 3).

Een uitgebreid overzicht van de factoren die betrokken zijn bij CBB besmetting kan worden verkregen door het verzamelen van gegevens over CBB posities, sterfte door B. bassiana, plant fenologie, en management praktijken. In de steekproef-farm weergegeven in Figuur 4, de meerderheid van de besmette bessen ontleed in het begin van het groeiseizoen gehost CBB in de AB-positie, terwijl de meerderheid van de bessen die later in het seizoen ontleed CBB in de positie van de CD gehost. Na een hoogtepunt in berry productie, werden zeven rondes van cherry oogsten opgenomen van eind juli tot en met December (Figuur 4). Ten slotte, zeven toepassingen van B. bassiana tussenpozen ongeveer één maand gedurende het seizoen, werden uitgevoerd met CBB sterfte aan bereik van 0 - 23% (Figuur 4). Tot slot, hoewel weergegevens niet hier, de toevoeging van temperatuur, vochtigheid, is gepresenteerd en regenval informatie zal waarschijnlijk bieden verdere inzichten in factoren rijden CBB besmetting patronen en B. bassiana doeltreffendheid op koffie boerderijen.

Figure 1
Figuur 1 . (± SEM) betekenen CBB gevangen per trap per dag voor bemonstering gedaan te wekelijks versus bi-wekelijkse intervallen. Dit gemiddelde val vangst per dag is voor vijf trechter vallen willekeurig verspreid over de boerderij. Meer extreme pieken en dalen zijn gevangen in de wekelijkse bemonstering en deze pieken verschijnen iets later in de bi-wekelijkse bemonstering, hoewel de algemene trends vergelijkbaar tussen de twee intervallen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 . (± SEM) betekenen CBB per trap per dag gevangen. Dit gemiddelde val vangst per dag is voor negen trechter vallen willekeurig verspreid over de boerderij. Twee belangrijke toppen in CBB vlucht activiteit kunnen worden gezien op deze boerderij (maart en December) tijdens het groeiseizoen 2016-2017. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 . CBB besmetting hotspots. Deze kaart van een monster koffie boerderij toont CBB besmetting hotspots waargenomen tijdens een controle onderzoek op 14 juni 2017. De grootte van elke rode cirkel is evenredig aan het aantal groene besmette bessen op een steekproef tak. In deze steekproef boerderij, een totaal van 25 takken werden bemonsterd en een bereik van 0 - 36 besmette groene bessen werd waargenomen per tak. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 . Een uitgebreid overzicht van CBB besmetting in een monster koffie boerderij. De positie van CBB in ontleed groene bessen wordt gedefinieerd als AB (het vrouwtje penetratie in de bessen is begonnen maar nog niet heeft bereikt het endosperm) of CD (het vrouwtje heeft ingevoerd het endosperm). Sterfte van CBB (via de B. bassiana schimmel), koffie planten fenologie (het gemiddelde aantal bessen per tak), en bedrijfsbeheer praktijken (B. bassiana sprays en cherry-picks) worden ook weergegeven voor het seizoen 2016 koffie groeiende. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

Het monitoringsprotocol hier beschreven kan dienen als een essentieel onderdeel van het onderzoek naar CBB en controle strategieën tegen de plaag van deze invasieve koffie. Hebben we dit protocol controle in de praktijk over de 2016 en 2017 koffie groeiende seizoenen op Hawaï-eiland in een poging om het optimaliseren van elke stap van het proces beschreven in dit artikel en de bijbehorende video. Door dit te doen, hebben we ervoor gezorgd dat belangrijke aspecten van CBB populatiedynamica zijn gecontroleerd en gekwantificeerd, dat de meest effectieve goedkope materialen voor elke stap van het protocol zijn vastgesteld, en dat de gegevens verzameld over CBB verkeer, besmetting, sterfte, koffie plant fenologie, weer-en bedrijfsbeheer kan worden gebruikt om te informeren en verbetering van de huidige bestrijdingsstrategieën.

Er zijn een aantal essentiële stappen in dit protocol die moeten worden gevolgd om optimale resultaten te waarborgen. Ten eerste, trechter vallen moeten worden ingesteld op een uniforme hoogte en gepositioneerd tussen de bomen. Dit zal ervoor zorgen dat de lokstof voldoende wordt verspreid door de lucht, en dat kevers de trap bereikbaar vanuit alle richtingen. Ten tweede, er moet zeven gebruiken met de dezelfde maaswijdte (grof gaas zeef ≈ 1,5 mm, en schone-mesh zeef ≈ 1,0 mm) gedurende de looptijd van de controle om te zorgen voor consistente resultaten voor volumetrische schattingen van CBB. Ten derde, het aandeel van CBB versus andere kevers in elke val kan aanzienlijk variëren, onder vallen en over het groeiseizoen, en daarom is het noodzakelijk om te schatten deze verhoudingen om te minimaliseren van lawaai in Val graaf gegevens. Vierde, besmette bessen moeten worden opgeslagen in een koeler op ijs totdat zij naar het lab, waarna bessen bij 14 ° C moeten worden bewaard tot dissectie kunnen worden vervoerd. Opslag in een vochtige omgeving zal resulteren in CBB ontstaan uit de bessen20. Tot slot, dissecties moeten plaatsvinden binnen 1-3 dagen van de collectie om ervoor te zorgen maximale nabestaanden van CBB. Sterfte van CBB kan optreden als bessen bij koude temperaturen gedurende langere tijd worden opgeslagen.

Extra stappen kunnen worden vereist voor onderzoek initiatieven die niet zijn hieronder opgenomen (b.v.toezicht CBB predator overvloed). Wijzigingen mag ook worden afgelegd bij dit protocol als tijd, middelen en/of apparatuur zijn factoren beperken. De lokstof van de trap bestaat uit 3:1 methanol: ethanol kan worden gewijzigd in een oplossing van 1:1 methanol: ethanol met vergelijkbare resultaten21. Sopje kan ook worden vervangen voor propyleenglycol als oplossing in vallen22doden. Voor schattingen van grote aantallen CBB (b.v.meer dan enkele honderden per trap), kunnen massa gebaseerde ramingen van CBB worden vervangen in plaats van de volumetrische schattingen. Bijvoorbeeld kan het gemiddelde droge gewicht van een enkele CBB worden bepaald met behulp van een high-resolution schaal. CBB verzameld in 70% ethanol kan vervolgens worden in een oven gedroogd en gewogen om de schatten van het aantal CBB per trap. Een gemodificeerde volumetrische kan ook worden geschat door de invoering van alle het CBB van een val in een gegradueerde cilinder samen met de oplossing van de doden, en waardoor de inhoud te vestigen aan de onderkant22. Zodra geregeld, het volume van de cilinder gevuld door CBB kan worden opgemerkt en de omrekeningsfactor voor 1 mL kan worden vastgesteld voor het schatten van dat het totale aantal CBB gevangen per trap. Tot slot kunnen koffietelers die hebben een intieme kennis van hun boerderijen en gebruikt dit protocol controle te schatten CBB besmetting en verkeer wil weglaten van stappen waarbij fenologie documenteren en tellen van het aantal rozijnen op takken.

Twee mogelijke beperkingen van dit protocol worden hier genoemd. Ten eerste doet bemonstering van takken op de hoogte van de borst niet vangen besmetting in de vroeg-bloeiende gewassen die hoger in de kruin van de boom kan beginnen. De opmerkingen suggereren echter dat dit vroege-bloei gewas is goed voor een zeer klein percentage van de totale opbrengst in koffie boerderijen in Hawaii. Ten tweede, ons protocol alleen rekeningen voor besmetting in groene bessen, en dus kan niet nauwkeurig vastleggen schattingen van berry schade wanneer het aantal kleur break en rijpe bessen is hoog (September - December in Hawaii).

Het CBB controle protocol hier gepresenteerd heeft verschillende voordelen ten opzichte van andere toezicht protocollen die momenteel in gebruik. Ten eerste, de systematische steekproeven ontwerp zorgt voor gelijkmatiger bemonstering ten opzichte van bemonstering gedaan in een zig-zag patroon. Deze bemonstering ontwerp zorgt voor betere schattingen van berry schade in een bepaald veld, en verhoogt de kans om op te sporen van hotspots. Ten tweede, het opnemen van elementen in het monitoringsprotocol die essentieel voor koffie Agro-ecosystemen (bijvoorbeeld, fenologie, weer variabelen en beheerspraktijken zijn) zal het verbeteren van ons begrip van de dynamiek tussen invasieve insectenplagen, hun waardplanten, en diverse omgevingsfactoren. Ten derde, het gebruik van een mobiele elektronische collectie gegevenstoepassing tijdens veld enquêtes toelaat real-time gegevens snel en efficiënt ingevoerd en georganiseerd in een database, en kunnen ook betrekking hebben op andere geautomatiseerde koffie controlemethoden zoals detectie via teledetectie23. Een ander belangrijk voordeel van deze methode van gegevensverzameling is dat gedetailleerde besmetting rapporten kunnen worden gegenereerd met gemak, tijdige aanbevelingen wordt doorgegeven naar kwekers toe te staan. Tot slot kan de real-time gegevens verzameld op CBB biologie, koffie plant fenologie, weer en beheer worden opgenomen in de ontwikkeling van voorspellende modellen die kunnen worden gebruikt voor het aanpassen van beheersplannen voor een bijzondere koffie groeiende locatie.

Disclosures

We hebben geen conflicten van belang verslag.

Acknowledgments

We zijn dankbaar Forest Bremer drone beelden van koffie boerderijen, alsmede bijstand voorzien van GIS methoden. Wij danken Thomas Mangine, Matthew Mueller, Lindsey Hamilton, Shannon Wilson, Briana McCarthy en Mehana Sabado-Halpern voor hulp bij filmproductie en twee Anoniem reviewers voor opmerkingen over een eerder ontwerp. Dit werk werd gefinancierd door de USDA-ARS. Adviezen, bevindingen, conclusies of aanbevelingen in deze publicatie uitgedrukt zijn die van de auteurs en weerspiegelen niet noodzakelijk de standpunten van de USDA. USDA is een aanbieder van gelijke kansen en de werkgever.

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).
De Hawaii-Protocol voor wetenschappelijke Monitoring van koffie Berry Borer: een Model voor koffie Agro-ecosystemen wereldwijd
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