I MODELLI PREVISIONALI nella difesa dagli insetti dannosi

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1 Il Divulgatore n.5/2002 Sistemi di previsione e avvertimento I MODELLI PREVISIONALI nella difesa dagli insetti dannosi I più diffusi sono quelli di tipo fenologico, che cioè simulano lo sviluppo dell insetto, prevedendo il passaggio fra le diverse fasi di uovo, larva, pupa e adulto unicamente sulla base delle temperature rilevate in campo. In Emilia Romagna sono già in uso modelli di sviluppo a ritardo variabile per sei lepidotteri fitofagi. Alda Butturini Rocchina Tiso Servizio Fitosanitario, Regione Emilia-Romagna FORECAST MODELS FORDEFENCEAGAINSTHARMFUL INSECTS The most common models are of the phenological type. That is, the development of the insect is simulated and the steps from phase to phase, larva, pupa, adult, are forecasted exclusively on the basis of temperatures monitored in the field. Variable-retardation development models for six phytophagous Lepidoptera are already being used in the Emilia-Romagna region. Nei programmi di produzione integrata la giustificazione degli interventi insetticidi, acaricidi e fungicidi viene stabilita sulla base di criteri di intervento definiti per ogni singola coltura, che possono essere semplici consigli tecnici oppure avere carattere vincolante. Per gli insetti i criteri su cui basare la difesa sono principalmente la conoscenza della densità dell insetto (il superamento di specifiche soglie d intervento è vincolante per la maggior parte dei fitofagi) e l indicazione relativa all evoluzione della popolazione. In quest ultimo caso i modelli previsionali possono dare un notevole aiuto, trasformando le nostre stime soggettive (che per essere ben fatte richiederebbero molti campionamenti) in misure ripetibili. I vantaggi introdotti dall impiego dei modelli riguardano innanzitutto la gestione delle informazioni per aree omogenee e la semplificazione del lavoro del tecnico, il quale può decidere il momento più opportuno per eseguire gli eventuali interventi fitosanitari o la cadenza dei campionamenti sulla base della reale evoluzione del fitofago, con il risultato finale di aumentare l affidabilità delle indicazione da lui fornite alle aziende. È importante tener presente, però, che per ottenere un modello di simulazione che sia sufficientemente attendibile ma nello stesso tempo impiegabile nella realtà produttiva, è necessario operare delle semplificazioni, che vanno a determinare un certo margine di incertezza delle informazioni. Questo non potrà mai essere completamente eliminato, ma sarà comunque molto più ristretto di quello derivante dalle valutazioni ad occhio. Prevedere lo stadio di sviluppo I modelli maggiormente impiegati nella difesa fitosanitaria dagli insetti dannosi sono quelli di tipo fenologico ; essi hanno lo scopo di simulare, sulla base della temperatura, i tempi di raggiungimento di una certa tappa dello sviluppo. La crescita degli insetti è un meccanismo complesso, risultante dall interazione di fattori interni, quali l alimentazione e la variabilità genetica, e di fattori esterni come l umidità, le radiazioni luminose e la temperatura; nella maggior parte dei modelli fenologici del settore entomologico viene considerata quasi esclusivamente la temperatura come fattore predominante per la crescita. Gli insetti, che sono animali a sangue freddo (pecilotermi), mantengono all interno del proprio corpo una temperatura simile a quella dell ambiente circostante. In termini concreti ciò significa che essi risentono fortemente delle variazioni termiche ambientali, le quali condizionano il loro sviluppo

2 rallentandolo o accelerandolo. Tale caratteristica è inoltre comune anche alle piante e ciò determina uno stretto legame tra sviluppo dell ospite e del fitofago. Per la maggior parte dei fitofagi che attaccano le colture nella nostra regione, temperature inferiori ai 10 C bloccano lo sviluppo; temperature superiori fanno procedere lo sviluppo sempre più rapidamente per poi rallentare intorno ai 30 C, fino a bloccarlo nuovamente in corrispondenza della temperatura letale. Questa risposta varia da stadio a stadio (uovo, larva, pupa e adulto) e da specie a specie e può essere determinata con precisione attraverso opportune indagini in laboratorio. Fino a qualche tempo fa la risposta alla temperatura veniva rappresentata da modelli lineari denominati sommatorie dei gradi-giorno, in quanto si immaginava che, entro certi limiti, la velocità di sviluppo fosse direttamente e linearmente proporzionale alla temperatura. Ricerche più precise hanno mostrato invece che in prossimità delle temperature limite inferiore e superiore la risposta non è più lineare; per tale motivo vengono ora sempre più impiegati modelli non lineari, come ad esempio quello di Logan (1976) e di Sharpe (1977). Nella messa a punto di modelli fenologici possono essere considerati altri elementi importanti che condizionano lo sviluppo delle popolazioni dei fitofagi, come ad esempio la dispersione intorno a un valore medio della risposta dell insetto alla temperatura, dovuta principalmente alla variabilità individuale e al microclima e responsabile del sovrapporsi delle generazioni nelle specie che svolgono parecchie generazioni all anno. Anche il fotoperiodo influenza lo sviluppo dell insetto, poiché in molte specie determina l entrata in diapausa di una parte degli individui fin dai primi mesi estivi. Una volta costruito, il modello fenologico è in grado di fare previsioni, per zone climatiche omogenee, sull andamento dei diversi stadi dell insetto ed indicare il momento migliore per intervenire (ad esempio, per alcune specie è opportuno impiegare prodotti ad azione ovicida quando è presente il maggior numero di uova). Il modello fenologico non è però in grado di indicare se, nella singola realtà aziendale, la densità dell insetto è tale da rendere necessario un intervento. La stima quantitativa delle popolazioni Per arrivare a questo risultato occorrerebbe disporre di modelli di tipo demografico in grado cioè di prevedere anche le variazioni di numero della specie che ci interessa. Per fare la stima quantitativa di una popolazione di insetti si devono conoscere tutte le principali cause di mortalità: l influenza delle condizioni climatiche avverse, l attività dei nemici naturali, le malattie (virus, protozoi ecc.) e non ultimo i trattamenti fitosanitari oltre che le migrazioni degli insetti dagli ambienti circostanti. Per questo i modelli demografici risultano essere molto complessi e molteplici sono gli approcci metodologici seguiti dai ricercatori; se da un lato i modelli demografici hanno una notevole importanza scientifica in quanto rappresentano un potente strumento di analisi delle interazioni tra le diverse componenti dell ecosistema naturale, per un loro impiego nella pratica agricola essi risultano essere oltre che molto onerosi anche di difficile gestione. D altronde le trappole sessuali attualmente disponibili per un grande numero di specie d importanza agraria costituiscono un modo semplice ed economico per misurare le popolazioni di insetti, con il limite però che non per tutte le specie esiste una proporzionalità diretta fra le catture e l intensità dell infestazione che si manifesta in campo. Se dunque le trappole o altri monitoraggi aziendali ci dicono quando l infestazione è salita a livelli tali da rendere indispensabili interventi di difesa e se un semplice modello di tipo fenologico ci segnala qual è il momento migliore, allora è possibile eseguire i trattamenti solo quando si rendano effettivamente necessari e nel momento in cui la loro efficacia è massima. Modelli di sviluppo a ritardo variabile I modelli matematici che sono stati messi a punto in Emilia Romagna a partire dal 1990 per i principali fitofagi dannosi alle colture frutticole e che attualmente vengono impiegati nei programmi regionali di produzione integrata e in agricoltura biologica, sono modelli di sviluppo del tipo a ritardo variabile.

3 Essi sono in grado di simulare lo sviluppo di una popolazione di insetti descrivendo il passaggio degli individui attraverso le proprie fenofasi (uovo, larva, pupa e adulto) unicamente sulla base delle temperature rilevate in campo. L impostazione teorica alla base del modello MRV è stata ripresa dal lavoro di Baumgärtner e Baronio relativo a Lobesia botrana (Baumgärtner e Baronio, 1988), nel quale, per simulare la fenologia dell insetto, viene impiegato un diagramma di flusso denominato Blanca (Baumgärtner e Severini,1987). Il cuore del simulatore è costituito da un modello di sviluppo a ritardo variabile la cui teoria matematica è stata ripresa da Manetsch (1976), mentre l applicazione ai processi ecologici è stata studiata da Welch et al. (1978) e Gutierrez et al. (1984). Tale modello riproduce un processo di tipo stocastico in cui i tempi di sviluppo di ogni singolo stadio sono caratterizzati da un valore medio e da una varianza. Gli individui di una popolazione, infatti, passano attraverso le stesse fasi in tempi diversi a causa della variabilità genetica, microclimatica, ecc. Se consideriamo, ad esempio, un gruppo di uova deposte tutte lo stesso giorno e mantenute nelle stesse condizioni di temperatura, non schiuderanno contemporaneamente ma all interno di un certo intervallo di tempo. Questo modello, nella pratica, è in grado di descrivere la distribuzione in classi d età e la variabilità genetica di una popolazione, indicando non solo quando si verifica mediamente un dato evento fenologico, ma la sua intera distribuzione nel tempo. L attività di ricerca e sperimentazione per la messa a punto dei modelli previsionali per i fitofagi, coordinata attualmente dal Servizio fitosanitario regionale, fu avviata nel 1990 dalla Centrale Ortofrutticola di Cesena con il finanziamento della Regione Emilia-Romagna. Al Prof. Giovanni Briolini dell Istituto di Entomologia dell Università di Bologna, che fu il promotore di tali ricerche, fu affidata la responsabilità scientifica del progetto. Per sei specie di lepidotteri Il modello descritto è stato realizzato sotto forma di programma per PC ed è adattabile a diverse specie di insetti a comportamento simile, in particolare alla maggior parte dei lepidotteri. Ciò che lo rende specifico è l insieme dei parametri biologici tipici dell insetto considerato. Attualmente il modello MRV è disponibile per i seguenti fitofagi: Pandemis cerasana, Argyrotaenia pulchellana, Cydia pomonella, Cydia molesta, Cydia funebrana e Lobesia botrana. Per la determinazione dei parametri biologici occorre rilevare, in condizioni controllate, i dati di sviluppo dei diversi stadi dell insetto in funzione della temperatura. Mentre per Cydia molesta erano disponibili dati bibliografici completi e adatti allo scopo, per tutti gli altri fitofagi è stato necessario realizzare, presso il Servizio fitosanitario regionale, appositi allevamenti. I diversi stadi degli insetti considerati (uova, larve, pupe e adulti) sono stati allevati in celle climatizzate a diverse temperature costanti (4-6 temperature), comprese in un ampio intervallo (in genere da 13 a 33 C); l umidità relativa è stata mantenuta al 70% e il fotoperiodo a 17:7 L/B. Il materiale di partenza è stato raccolto in campo per evitare eventuali influenze negative dovute ad allevamenti continui di laboratorio; le larve sono state alimentante con dieta naturale per escludere l influenza della dieta artificiale sulla velocità di sviluppo, agli adulti è stata somministrata una soluzione di acqua e miele per simulare l alimento di cui si nutrono in natura. Per valutare la variabilità stati allevati singolarmente. I controlli per rilevare la durata di sviluppo di ciascuno stadio sono stati giornalieri. Sulla base di tali dati sono stati determinati i seguenti elementi. 1. Curve di risposta alla temperatura di tutti gli stadi. Sui tassi di sviluppo (reciproco della durata) rilevati in laboratorio è stata adattata una funzione non lineare (Logan et al., 1976) per gli stadi preimmaginali (uova, larve e pupe) e una funzione lineare per le femmine adulte (Figura 1 e 2). 2. Fecondità media delle femmine in funzione della loro età. Tale parametro è stato espresso dalla funzione di Bieri (Bieri et al., 1983) sulla base del numero di uova deposte giornalmente da femmine tenute in gabbiette di accoppiamento alla temperatura ottimale (Figura 3). 3. Coefficiente H. Rappresenta la variabilità della risposta di ciascuno stadio e determina la natura stocastica dello sviluppo. Tale valore è dato dal rapporto tra il quadrato del tempo di permanenza media nello stadio e la sua varianza.

4 A partire dalla temperatura Il modello utilizza la temperatura come unico dato in ingresso in quanto è il fattore che maggiormente influenza lo sviluppo degli insetti in condizione di non diapausa e in assenza di fattori limitanti. All inizio dell anno si considera che la popolazione sia costituita al 100% da individui dello stadio ibernante, che cominciano a svilupparsi non appena la temperatura dell aria supera, anche solo per qualche ora al giorno, la soglia inferiore di sviluppo. Sulla base dei parametri biologici e delle temperature rilevate viene calcolato lo sviluppo istantaneo dei diversi stadi e, per quello adulto, la fecondità. Allo sviluppo viene applicato un ritardo che riproduce la variabilità. Alla fine di ogni giorno viene calcolato, in termini percentuali, il numero di individui presenti in ogni stadio. In particolare i dati in uscita del modello fenologico sono: la percentuale di presenza di uova, larve, pupe e adulti sul totale della generazione; la percentuale di uova, larve, pupe e adulti che hanno raggiunto quel determinato stadio. Nella tabella sottostante è riportato un esempio di simulazione del modello fenologico MRV-Cydia funebrana riferito alla stazione meteorologica di Casola Canina (BO) per l anno Un esempio di elaborazione del modell fenologico Risultato dell'elaborazione del modello MRV-Cydia funebrana riferito alla stazione meteorologica di Casola Cannina (B0) 2001 La prima colonna di ogni stadio indica la generazione in cui si trovano gli individui (1 = prima generazione, 2 = seconda generazione, ecc.) riferita alla colonna successiva (% cumulativa). La seconda colonna indica la percentuale cumulativa di individui che hanno raggiunto gli stadi di uovo, larva, pupa e adulto calcolata sul totale della popolazione di ciascuna generazione. L ultima colonna esprime la percentuale di individui presenti negli stadi di uovo, larva, pupa e adulto. Nella zone che fanno riferimento alla stazione di Casola Canina il giorno 23 giugno 2001, per esempio, il modello previsionale per ydia funebrana indica che: il 44% degli adulti di prima generazione ovvero di secondo volo è sfarfallato e la stessa percentuale è ancora presente in campo nessun adulto è morto per invecchiamento ); le uova di seconda generazione deposte fino a quella data sono state il 19% sul totale della generazio- successo della difesa. ne e le uova presenti (non ancora schiuse) sono il 16%; il 3% delle larve di seconda generazione sono nate, ma le larve presenti sono l 8%; ciò significa che il 5% delle presenze larvali appartengono alla coda delle larve della generazione precedente; le pupe di prima generazione che si sono formate fino a quella data sono il 95% del totale della prima generazione, ma sono presenti in campo il 51% in quanto il 44% degli individui sono sfarfallati.

5 Il lavoro di validazione Per verificare la capacità previsionale del modello occorre confrontare i risultati della simulazione con i dati rilevati in campo possibilmente per più anni e in zone diverse del territorio. Le verifiche possono riguardare tutti gli stadi del fitofago, ma generalmente ci si basa sul confronto tra il volo simulato dal modello e quello rilevato in campo tramite le trappole a feromoni. Questo tipo di validazione è caratterizzato da un basso costo (possono essere utilizzati anche i dati rilevati dai tecnici che operano nei programmi di assistenza alle aziende) e dalla possibilità di ottenere un gran numero di dati in poco tempo. Per contro presenta alcuni limiti che occorre tenere in considerazione. Innanzitutto l efficacia delle trappole (numero di maschi catturati rispetto a quelli presenti) non è costante, potendo variare con i fattori che influenzano la propensione al volo (l età dei maschi, le condizioni meteorologiche) e con la concorrenza delle femmine presenti. Inoltre la curva di volo simulata non tiene conto della mortalità e dell immigrazione ed emigrazione degli adulti. Nonostante ciò il metodo può fornire una discreta indicazione sull attendibilità del modello. I modelli attualmente in uso sono stati validati generalmente utilizzando il metodo sopra descritto, ma in alcuni casi (carpocapsa e Cydia funebrana) sono stati eseguiti confronti tra l ovideposizione simulata dal modello e quella rilevata in campo. Occorre sottolineare che i suddetti modelli sono stati validati sperimentalmente sul territorio della regione Emilia-Romagna e quindi non se ne conosce l affidabilità se applicati in ambienti diversi. Il corretto utilizzo di tali modelli è subordinato allo svolgimento di appropriate verifiche negli ambienti interessati. L applicazione in campo Dal 1997 è stato attivato in Emilia Romagna un sistema di previsione e avvertimento per la difesa delle colture agrarie (Bugiani et al., 1996). I tecnici preposti all applicazione del sistema, coordinati dal Servizio fitosanitario, operano a livello regionale e provinciale predisponendo le informazioni fornite dai modelli, da inserire nei bollettini settimanali di difesa integrata. Lo scambio di informazioni che avviene nell ambito delle riunioni regionali e provinciali tra i tecnici specialisti dei sistemi di previsione e avvertimento e i tecnici che forniscono assistenza alle aziende permette di tenere sotto controllo l applicazione dei modelli previsionali e di evidenziarne eventuali punti critici. Inoltre a fine anno viene fatta una valutazione complessiva dell applicazione del sistema, che, nel caso dei fitofagi, corrisponde alla verifica sui territori provinciali della rispondenza delle curve di volo previste con quelle osservate. Questa analisi, che non ha il significato stretto di una validazione, è comunque utile per confermare l affidabilità dei modelli applicati.

6 Nella Figura 4 è rappresentato un esempio di verifica nel territorio della provincia di Ravenna della corrispondenza tra i voli di Cydia molesta rilevati dai tecnici di produzione integrata e il rispettivo modello di previsione. UTILITÀ DEI MODELLI PREVISIONALI Individuare il momento più opportuno per eseguire un trattamento o un campionamento Il modello simula l evoluzione di una popolazione di insetti indipendentemente dal numero di individui presenti in campo in quanto nella sua struttura non sono inseriti elementi di tipo demografico. È possibile quindi conoscere giorno per giorno la proporzione di individui nei diversi stadi fenologici e la previsione della loro evoluzione nel tempo (compatibilmente con la disponibilità di dati meteorologici previsionali). Tali informazioni permettono di individuare il momento migliore per eseguire un trattamento o un campionamento; per sapere, invece, se l infestazione ha raggiunto livelli tali da rendere indispensabile l intervento occorre fare riferimento alle trappole a feromoni o ad altri tipi di campionamenti. In pratica per impostare la difesa dal fitofago è necessario: verificare attraverso rilievi aziendali il superamento della soglia d intervento; eseguire la simulazione del modello sulla base dei dati di temperatura della zona interessata; considerare i risultati della simulazione e in particolare la presenza (espressa in percentuale) dello stadio sensibile al trattamento; valutare il prodotto che si intende utilizzare in base al meccanismo d azione, al grado di efficacia, al tempo di carenza, ecc. Definire il momento migliore per l installazione delle trappole o degli erogatori per la confusione o il disorientamento sessuale Il modello mette in evidenza eventuali anticipi o ritardi dell inizio del volo degli adulti. Soprattutto negli ultimi anni, temperature particolarmente elevate nei mesi di marzo e aprile hanno portato ad anticipi molto rilevanti dell inizio volo rispetto alle annate normali. In questi casi la previsione del modello permette di programmare l installazione delle trappole a feromoni con il vantaggio, rispetto all installazione standard, di ottenere un dato di monitoraggio completo anche nelle annate più anticipate o di evitare eventuali campionamenti a vuoto nel caso di ritardo della stagione.relativamente ai fitofagi per i quali viene utilizzato il metodo della confusione o del disorientamento sessuale l informazione sull inizio del volo permette l installazione tempestiva degli erogatori che contribuisce notevolmente al successo della difesa.