I GIS e to studio dei parassiti animali. Applicazioni

Transcript

1 APPROFONDIMENTI I GIS e to studio dei parassiti animali. Applicazioni nel contesto agricolo e forestale Carmelo Peter Bonsignore - Francesco Manti University degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria, OASI Dipartimento di progettazione per la Citta, it Paesaggio ed it Territorio Laboratorio di Entomologia ed Ecologia Applicata - Reggio Calabria Introduzione La conoscenza del territorio e dei criteri guida peril govern delle attivita in esso svolte sono stati ampiamente dibattuti negli ultimi decenni. La complessa problematica e stata studiata con metodi e approcci differenti a seconda delle discipline coinvolte. A tal proposito i processi di analisi, pianificazione e gestione territoriale hanno fatto largo ricorso all'impiego delle tecnologie informatiche, che si sono affermate attraverso un utilizzo sempre piu diffuso dei GIS (Geographical Information System). L'innovazione e destinata a trasformare la concezione dei processi di conoscenza e di intervento territoriale sia in riferimento all'evoluzione del concetto di cartografia tecnica e tematica, ormai ideata e strutturata in chiave informatica e non solo cartacea, sia in riferimento all'introduzione generalizzata di metodi di valutazione delle risorse ambientali e territoriali, basati su indicatori di tipo parametrico e sulla sovrapposizione dei piani tematici realizzati. Inoltre, lo strumento GIS assume una fondamentale importanza nell'organizzazione e nella catalogazione della memoria storica del territorio, aggiomabile con continuity a costi relativamente contenuti. La tecnologia GIS e it telerilevamento sono in forte espansione e risultano entrambi determinanti nella fase di raccolta delle informazioni. La quantity di dati geografici disponibile in continuo aumento e 66 pone la necessity di individuare valide strategie di condivisione e di trasferimento dei dati e dei metodi di modifica ed elaborazione che adottino protocolli standardizzati. Occorrono quindi opportuni strumenti di sintesi e d'interpretazione delle informazioni affinche it dato disponibile possa costituire un reale arricchimento delle conoscenze da utilizzare per le diverse finality. La tecnologia GIS trova impiego anche nella difesa delle piante dalle avversita biotiche. A tale proposito sono presentati, di seguito, i fondamentali aspetti che la relazionano con i parassiti animali delle piante coltivate e di interesse forestale, integrando l'informazione con alcuni brevi richiami su alcune esperienze maturate negli ultimi anni in Calabria e Sicilia. II GIS e i parassiti animali I dati rilevati con campagne di telerilevamento condotte in ambito forestale consentono di creare mappe di suscettibility dell'infestazione di parassiti animali anche su vasta scala 30 (Bone et al., 2005). Gli stessi dati, possono essere inoltre utilizzati per la conservazione e la protezione degli habitat di specie animali e vegetali. Tutto cio e reso possibile dal fatto che i sistemi GIS sono in grado di associare differenti variabili territoriali (meteorologiche, vegetazionali, ecc.), consentendo la creazione di semplici modelli predittivi di specie animali e vegetali o malattie e fornendo indicazioni su aree da proteggere per la salvaguardia della biodiversita. (Mawdsley, 2001). Si aggiunga che l'informazione geografica globale, distribuita su piattaforma Web (Internet), ha sicuramente facilitato negli ultimi anni la diffusione di questa tecnologia, oggi utilizzata anche su una scala piu vasta con lo scambio di dati biogeografici (Noonan, 1999). Peraltro, i sistemi informativi basati su WebGIS riguardanti la prevision del periodo di presenza e del livello di attacco nelle aree infestate sono gia disponibili (Manti et al., 2010). I GIS assumono quindi un ruolo sempre piu importante come strumenti a supporto della gestione delle popolazioni di insetti nocivi all' economia e alla salute umana (Liebhold et al., 1993). 11 loro utilizzo rappresenta un fondamentale ausilio specialmente nel caso di popolamenti di insetti dannosi alle piante agricole e forestali, vista anche l'importanza della gestione delle informazioni spazializzate in ambienti di notevole estensione e spesso caratterizzati da un'esposizione al rischio d'attacco fortemente eterogeneo (Barry Lyons et al., 2002). Il monitoraggio degli ambienti agricoli e forestali ha ricevuto un notevole impulso grazie allo sviluppo e alla diffusione dei sistemi informativi geografici che rendono possibile la gestione e l'analisi di elevate quantity di dati sulla variazione spazio-temporale dell'abbondanza di popolazione. Tale analisi e in grado di fornire importanti informazioni anche nell' ambito dell'integrated Pest Management (IPM) con la realizzazione di mappe di distribuzione dei nemici naturali (Park e Obrycki, 2004). Gli aspetti biologici e fisici monitorati sono spesso caratterizzati da una spiccata variability e da una marcata eterogeneita spaziale che impongono un'organizzazione del dato su base geografica. Questa caratteristica riveste una considerevole importanza in quanto lo sviluppo e la messa punto di procedure di campionamento georeferenziate permette una migliore organizzazione delle gestione delle infestazioni. strategic di

2 Volo Arckene Arclnla Now 6006,000, :41000,n :6% we) Yinckves El a fa 50 dr00,0000.0,000, Repave nt., 600 to 0.014,0s, Legend Interpolation Site B Yalu ,231 Law- 4, Figura 1 - (a- b) Siti di formazione delle pupe delle larve di Traumatocampa pityocampa con bandierina identificativa di diverso colore per evidenziare i punti esatti di sotterramento delle larve in relazione alla settimana di monitoraggio. (c) Mappa di interpolazione degli sfarfallamenti degli adulti di T pityocampae (metodo kriging). Figure 1 - (a- b) Pupation sites of Traumatocampa pityocampa larvae identified with flags of different colors to highlight the exact points of larvae burial in relation to the week of monitoring. (c) Map of interpolation of the T pityocampae adults emerging (kriging interpolation method). In tale contests assume anche una fondamentale importanza la geostatistica, una branca della statistica applicata the si occupa dello studio dell'andamento di una variabile nell'area-studio, attraverso la stima dei valori nei punti non campionati e la rappresentazione grafica con mappe di interpolazione. I metodi geostatistici possono essere uno strumento efficace per comprendere multi fenomeni correlati nello spazio, quali le caratteristiche di distribuzione delle popolazioni di insetti, la loro attitudine alla dispersione, gli spostamenti degli individui alla ricerca del cibo, la capacita di movimento nell'ambiente. Essi sono in grado di tenere conto dell' informazione fornita da trappole di varia 31 natura, da piante esca o da monitoraggi visivi e di guidare i possibili interventi di gestione fitosanitaria. La maggiore presenza di parassiti animali (mammiferi, insetti, acari ecc.) in alcune aree pus determinare una diversa efficacia degli interventi di lotta, generalmente poco correlati con l'informazione sul dato spaziale. Gli studi sulla distribuzione delle loro popolazioni sono oggi comuni (Kelly e Tuxen, 2003; Wang et al., 2009; Salvadori e Stergulc, 2009) anche se spesso ii monitoraggio e limitato a brevi periodi di tempo e/o all'effetto del parassita sulla coltura nello spazio. La creazione di mappe di interpolazione a successivi

3 intervalli di tempo rappresenta una nuova modality per indagare la dinamica spazio-temporale della popolazione di un fitofago. Il cambiamento della mappa denota una variazione nella dinamica o della caratteristica di distribuzione. Inoltre, l'applicazione dei sistemi GIS rappresenta un importante strumento per comprendere la diffusione delle specie invasive e per gestire gli eventuali interventi di eradicazione (Vacante e Bonsignore, 2009). Infine, l'applicazione di questi strumenti potrebbe migliorare la gestione delle eventuali problematiche connesse alla comparsa della resistenza nei fitofagi nelle coltivazioni OGM (Carriere et al., 2004; Hommel, 2008) o quelle relative alla gestione di ampie aree forestali (Bone et al., 2007). Applicazioni GIS nel contesto agroforestale Applicazioni GIS per specie fitofaghe nocive alle piante forestali e coltivate sono state effettuate nel corso degli ultimi 5 anni in Sicilia e Calabria. In particolare, in Calabria stata approfondita la conoscenza della distribuzione reale e potenziale della Processionaria del pino, Traumatocampa pityocampa (Den. e Shiff.), lepidottero defogliatore della famiglia Thaumetopoeidae tipicamente infeudato a specie del genere Pinus. A partire dall'anno 2002 la tecnologia GIS e stata applicata nel territorio del Parco Nazionale d'aspromonte al fine di contribuire allo sviluppo, attraverso l'utilizzo di tecniche e di modelli di interpolazione, di mappe di distribuzione spaziale dell'insetto in grado di tenere conto sia delle sue peculiarity ecologiche, sia di quelle selvicolturali. Le spazializzazioni ottenute con l'utilizzo delle tecniche di interpolazione si sotto rivelate interessanti. Tutti i modelli utilizzati sono risultati utili nel fornire informazioni sulla distribuzione spaziale della specie, comunemente contraddistinta da elevate density di attacco e responsabile di rilevanti danni a carico delle pinete della Calabria. Nell'ultimo biennio, l'individuazione dei siti di incrisalidamento e la loro mappatura ha fornito risposte alle relazioni che it lepidottero contrae con i fattori naturali di contenimento dello stadio di crisalide (Fig. 1). Quanto emerso denota peraltro che i problemi connessi con le pullulazioni del lepidottero devono trovare soluzione all'interno di strategie di management che intervengano a livello comprensoriale e in grado di considerare l'eterogeneita distributiva dei patch (Vacante et al., 2008), la loro quality e importanza, it grado di infestazione e l'impatto che questa esercita localmente e globalmente sull'economia e sulla salute umana. A tale scopo e stato sviluppato un approccio multidisciplinare, di cui si riportano gli elementi qualificanti, fondamentalmente finalizzato: (i) a rappresentare graficamente la dinamica del lepidottero a partire dai dati di un campionamento condotto su un vasto territorio per un periodo di 4 anni consecutivi, prendendo in rassegna alcuni modelli matematici di tipo geostatistico adatti alla rappresentazione spaziale dei dati; l'analisi della validity dei vari modelli ha permesso di adottare quello piu appropriato; (ii) a procedere all ' integrazione tra conoscenze e simulazioni della dinamica della specie monitorata e lo stato della risorsa vegetale su cui questa esplica la sua attivita trofica, al fine di disporre di mappe di rischio di infestazione; presupposto, quest'ultimo, necessario per l'elaborazione di strumenti a supporto delle decisioni per il management degli interventi di lotta. In Calabria, la tecnologia GIS ha fornito fondamentali informazioni sulla distribuzione della mortality di piante di agrumi nella Piana di Gioa Tauro (RC) a seguito di attacchi di arvicole (Microtus savii de Selys Longchamps). La dinamica dell' andamento dei sintomi sulle piante e stata analizzata in base ai sintomi rilevati nel campionamento sistematico in date di monitoraggio regolarmente intervallate. Il sintomo nella pianta, compreso tra 1 (pianta che non manifesta sintomi) e 5 (pianta morta), ha permesso di definire delle mappe in grado di fornire indicazioni sui periodi dell'anno in cui si manifestano i sintomi dell'attacco e di individuare le aree piu sensibili all'azione del microtide (Fig. 2). La conoscenza dell'area di diffusione del microtide pith inoltre favorire gli interventi di lotta, limitandoli all'area occupata dal mammifero. Nell'ultimo biennio le informazioni sul ritrovamento di due specie invasive aliene in Calabria come il punteruolo rosso della palma (Rhynchophorus ferrugineus Olivier) (Fig. 3) e it cinipide galligeno del castagno (Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu) (Fig. 4) sono state gestite con la tecnologia GIS. I monitoraggi eseguiti e le segnalazioni raccolte hanno consentito la realizzazione nel tempo di mappe di distribuzione delle due specie. Il punteruolo rosso delle palme e un coleottero curculionide presente in Calabria dal 2007 e segnalato nella provincia di Reggio Calabria nel mese di Novembre del Net periodo indicato e stata evidenziata una rapida diffusione del fitofago, tuttora in corso nel territorio indicato. L'analisi temporale dell'informazione geografica ha evidenziato una chiara direzionalita (Sud-Ovest) della diffusione dell'insetto verso Reggio Calabria, agevolata dalla maggiore presenza della pianta ospite elettiva, la palma delle Canarie (Phoenix canariensis Chabaud nell'area costiera, assai comune nell'arredo urbano dei numerosi paesi della fascia ionica. Le analisi effettuate evidenziano una ridotta diffusione dell'insetto verso Nord, ostacolata dalla rapida variazione altimetrica dell'area collinare costiera circostante it massiccio dell'aspromonte. I dati acquisiti sono basilari per la razionalizzare degli interventi di lotta contro it fitofago. Il cinipide galligeno del castagno e un imenottero responsabile della formazione di galle sulla chioma del castagno (Graziosi e Santi, 2008). L' individuazione dei primi focolai di attacco net comprensorio calabrese e avvenuta con una certa rapidity a conferma della facility di diffusione del fitofago. Nel caso specifico l'applicazione del GIS assume un forte carattere di dinamicita, vista la notevole capacity di diffusione della specie. Le informazioni georeferenziate sono state in grado di segnalare la diffusione nel tempo e nello spazio sia del punteruolo rosso sia del cinipide del castagno in un ampio comprensorio della provincia di Reggio Calabria. In accordo con quanto riportato da 32

4 Crawford, 2008 per ogni singola specie al dato geografico e stato associato un database che consente agli operatori di migliorare la conoscenza sulla diffusione e sugli effetti di futuri interventi di contenimento e/o di lotta. In Sicilia occidentale la tecnologia e stata applicata nello studio della dinamica di distribuzione degli adulti del coleottero Buprestidae Capnodis tenebrionis (L.) su alcune prunoidae (albicocco, ciliegio, pesco, ecc) nel territorio della provincia di Caltanisetta. L' intervento e stato motivato dal fatto che nonostante la specie sia nota da tempo e risulti ampiamente diffusa nei frutteti dell'area mediterranea ancora oggi it suo contenimento risulta difficile a causa delle modeste conoscenze sulla sua bio-ecologia. Lo studio ha evidenziato le aree di maggiore presenza degli adulti del coleottero all'interno del frutteto e nella pianta nell'intero periodo di presenza dello stesso (Fig. 5). Questo ha consentito agli operatori di ottimizzare gli eventuali piani di monitoraggio e programmare gli interventi di lotta contro questo stadio (Bonsignore et al. 2008). Conclusioni Le tecniche di analisi spaziale dei dati, interfacciati a sistemi basati su GIS, hanno introdotto nuove prospettive per la gestione del monitoraggio degli insetti, nonche per la progettazione di sistemi di management delle loro popolazioni. Lo sviluppo di modelli matematici e statistici finalizzati alla valutazione comparativa di strategie di intervento e all'elaborazione di futuri scenari di infestazione sono it presupposto per la creazione di Sistemi di Supporto Decisionale (DSS). Attraverso questi strumenti e possibile valutare gli effetti dell'eterogeneita degli agroecosistemi sulla dinamica di popolazione dei parassiti e sulla loro dispersione; la selezione dell'habitat rappresenterebbe un punto di sicuro interesse nello studio ecologico finalizzato alla gestione di un parassita (Carriere et al. 2006). Le possibility future di elaborare una "carta fitosanitaria" potranno consentire l'individuazione delle tendenze e delle trasformazioni da favorire anche attraverso un'attenta programmazione degli interventi selvicolturali e di pianificazione e contenimento in agricoltura. Tutto cio fornira, ai tecnici degli enti territoriali e ai gestori di aree boschive e coltivate, le conoscenze necessarie per prevenire focolai di infestazione e regolare gli interventi di lotta. In questo senso le mappe di rischio possono costituire un valido supporto per la razionalizzazione degli interventi di lotta ai fini del miglioramento della gestione multifunzionale dell' ambiente. Riassunto Le tecnologie informatiche si sono ormai affermate nei processi di analisi, pianificazione e gestione territoriale attraverso l'utilizzo sempre pia diffuso dei GIS (Geographical Information System). L'applicazione del GIS riguarda le diverse tematiche di ricerca e di gestione del territorio, frequentemente relazionate alla gestione e conservazione degli habitat. L'utilizzo dello strumento come supporto tecnico in grado di fornire indicazioni sugli aspetti dell'ecologia dei parassiti animali in ambiente coltivato, forestale e urbano, e di pin recente applicazione. Per ciascun utilizzo diventa fondamentale it monitoraggio del parassita animale e la conservazione dell'informazione acquisita utile per facilitarne it contenimento. Questo articolo esamina le potenziali aree di applicazione del GIS e ne valuta l'adattabilita per i diversi parassiti animali. Sono riportati esempi di applicazioni che riguardano la diffusione e la distribuzione di parassiti animali come insetti (Capnodis tenebrionis L.) e (Traumatocampa pityocampa Denis e Schiffermiiller), ma anche di mammiferi roditori (Microtus savii de Selys-Longchamps, 1838) nocivi agli agrumi. Inoltre si evidenzia come le applicazioni GIS siano in grado di fornire prontamente informazioni essenziali di distribuzione e diffusione (direzione, area, interazione con l'ambiente) di specie di recente introduzione come il punteruolo delle palme e it cinipide del castagno nell'areale calabrese. Parole chiave: monitoraggio; parassita; Geographical Information System Summary The GIS and the study of animal pests. Applications in agricultural and forestry context. Information technologies have emerged in the analysis, planning and landscape management through the increasing use of GIS (Geographical Information System). The application of GIS covers various fields of research and land management, often related to the management and habitat conservation. More recent is the use of the tool as a technical support to provide information on animal pest ecology in agriculture, forestry and urban environments. The monitoring of the pest animal and the storage of the information obtained for each use becomes essential in order to facilitate testing. This article examines the potential application areas of GIS and assesses their suitability for different pests. There are examples of applications that deal with the spread and distribution of pests such as insects (Capnodis tenebrionis L.) and (Traumatocampa pityocampa Denis and Schiffermiiller), and also mammal rodents (Microtus savii de Selys-Longchamps, 1838) harmful to citrus orchards. It also highlights how GIS applications are able to provide rapid distribution and dissemination of essential information (direction, area, interaction with the environment) about of the newly introduced species like the Red Palm Weevil and the Chestnut gall wasp in Calabrian areas. Key words: monitoring; pest; Geographical Information System Lavori citati Barry Lyons D., Sanders C., Gene J. (2002) - The use of geostatistics and GIS as tools for analyzing pheromone trap data at a landscape level: an update, IOBC wprs Bulletin, Vol. 25,

5 IPW M LWmtl - 10W July DW October 2005 Figura 2 - Distribuzione spaziale di adulti Capnodis tenebrionis in un impianto di albicocco (interpolazione con it metodo IDW). Figure 2 - Spatial distribution of Capnodis tenebrionis adult in an apricot orchard (IDW interpolation method). Figura 3 - Mappa di localizzazione delle palme di Phoenix canariensis attaccate dal punteruolo rosso Rhynchophorus ferrugineus nel comprensorio di Melito Porto Salvo (RC). Sono evidenziate le date di ritrovamento dell'insetto. Figure 3 - Location map of Phoenix canariensis palms attacked by the red weevil Rhynchophorus ferrugineus in Melito Porto Salvo (RC) area. The dates of the discovery of the insect are highlighted. Bone C., Dragicevic S., Roberts A. (2005) - Integrating high resolution remote sensing, GIS and fuzzy set theory for identifying susceptibility areas of forest insect infestations. International Journal of Remote Sensing. 26, Bone C., Dragicevic S., Roberts A. (2007) - Evaluating forest management practices using a GIS-based cellular automata modeling approach with multispectral imagery. Environmental Modeling & Assessment, 12, Bonsignore C. P., Manti F., Vacante V. (2008) - Field and 34 Figura 4 - Mappa di distribuzione e rischio del cinipide galligeno del castagno Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu, 1951 in boschi di castagno nella fascia tirrenica della Provincia di Reggio Calabria. Figure 4 - Distribution and risk map of the oriental chestnut gall wasp Dryocosmus kuriphilus in the chestnut forests coast of Tyrrhenian of the Province of Reggio Calabria. tree distribution of Capnodis tenebrionis (Linnaeus,1767) (Col., Buprestidae) adults in an apricot orchard in Italy. Journal of Applied Entomolgy, 132, Carriere Y., Dutilleul P., Ellers-Kirk C., Pedersen B., Haller S., Antilla L., Dennehy T. J., Tabashnik B. E. (2004) - Sources, sinks, and the zone of influence of refuges for managing insect resistance to Bt crops. Ecological Applications, 14, Carriere Y., Ellsworth P. C., Dutilleul P., Ellers-Kirk C., Barkley V., Antilla L. (2006) - A GIS-based approach for area wide pest management: the scales of Lygus hesperus movements to cotton from alfalfa, weeds, and cotton. Entomologia Experimentalis et Applicata, 118, Crawford S. (2008) - Caribbean PestWatch: An agricultural pest monitoring system for the Caribbean utilizing open source software. Free and Open Source Software for Geospatial Conference - FOSS4G. Cape Town, South Africa. Dixon W. N., Burns R. E., Stange L. A. (1986) - Oriental chestnut gall wasp Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu (Hymenoptera: Cynipidae). Entomology Circular No Florida Dept. of Agric. & Consumer Serv., Division of Plant Industry. Graziosi I., Santi F. (2008) - Chestnut gall wasp (Dryocosmus kuriphilus): spreading in Italy and new records in Bologna province. Bulletin of Insectology, 61 (2), Hommel B., Golla B., NeukampfR. (2008) - Insect resistance management of Bt maize - development of a GIS based decision making tool on farm scale for planning refuges. Nachrichtenblatt des Deutschen Pflanzenschutzdienstes. 60, Liebhold M.A., Rossi R.E., Kemp W.P. (1993) - Geostatistic and geographic information systems in applied ecology. Annual Review of Enthomology, 38, Manti F., Castiglione E., Bonsignore C. Vacante V. (2010)

6 delle Alpi orientali. Atti del Terzo Congresso Nazionale di Selvicoltura. Taormina (ME), ottobre Accademia Italiana di Scienze Forestali, Firenze Kato K., Hijii N. (1997) - Effects of gall formation by Dryocosmus kuriphilus Yasumatsu (Hym.,Cynipidae) on the growth of chestnut trees. Journal of Applied Entomology, 121, Kato K., Hijii N. (2001) - Ovipositional traits of the chestnut gall wasp, Dryocosmus kuriphilus (Hymenoptera: Cynipidae). Entomolical Science, 4, Kelly N.M., Tuxen K. (2003) - WebGIS for Monitoring "Sudden Oak Death" in coastal California. Computers Environment and Urban Systems, 27, Vacante V., Bonsignore C.P., Manti F. (2008) - Il monitoraggio di un lepidottero defogliatore e la gestione fitosanitaria dei comprensori forestali del Parco Nazionale d'aspromonte. In: Riassunti HI Congresso Nazionale di Selvicoltura (Ciancio 0 ed). Taormina (Italy), Ottobre 2008, p Vacante V., Bonsignore C.P. (2009) - Problemi emergenti provocati da insetti e acari dell'italia meridionale. Protezione delle Colture, 2 (4), Wang N., Li D., Pan H. (2009) - Information service platform of forest pest forecast based on WebGIS. Journal of Forestry Research, 20, Figura 5 - Dinamica dello stato dei sintomi di piante di un agrumeto attaccate da arvicole Microtus savii de Selys Longchamps. I valori (1-5) indicano la gradualita del sintomo con 5 corrispondente alle piante morte. Figure 5 - Dynamics of the symptoms of a citrus plants attacked by voles Microtus savii de Selys Longchamps. The values (1-5) show the gradation of the symptom with 5 corresponding to the dead plants. - Use of Geographical Information Systems and Spatial Analysis in Calabria Region, Italy Wide Integrated Pest Management Programmes. Rome, Esri EMEA - Europe Middle East and Africa - User Conference 2010, October Mawdsley J. R. (2001) - Ecology, biogeography, and conservation of checkered beetles (Insecta: Coleoptera: Cleridae) in Southeastern Arizona: a Geographic Information System (GIS) study. Transactions of the American Entomological Society. 127, Noonan G. R. (1999) - GIS analysis of the biogeography of beetles of the subgenus Anisodactylus (Insecta: Coleoptera: Carabidae: genus Anisodactylus). Journal of Biogeography. 26, 6, Park Y., Obrycki J. J. (2004) - Spatio-temporal distribution of corn leaf Aphids (Homoptera: Aphididae) and lady beetles (Coleoptera: Coccinellidae) in Iowa cornfields. Biological Control, 31, Salvadori C., Stergulc F. (2009) - Indirizzi selvicolturali per it contenimento dei danni da bostrico nelle foreste 35