Κατανομή προνυμφών του Lobesia botrana (Lepidoptera: Tortricidae) με χρήση βιοστατιστικών και γεωστατιστικών μοντέλων, ανάπτυξη προγράμματος δειγματοληψίας και υπολογισμός ορίων ανεκτής πυκνότητας

Abstract

Studies were conducted to investigate the distribution of larvae of the European vine moth, Lobesia botrana (Denis & Schiffermüller) (Lepidoptera: Tortricidae), a key vineyard pest of grape cultivars. Geostatistical methods were used to characterize spatial variability in larval infestation, injury, and damage patterns. Regression was used to detect and separate macroscale trends from the microscale variation. Moreover, the purpose of this research was to quantify the spatial pattern and develop a sampling program. The relationship between the larval infestation and yield-loss of grapes was studied, an efficacy study of eight insecticides was conducted and environmental risk indicators were computed with different procedures. The results showed that the distribution of L. botrana larvae can be described by a negative binomial distribution. This reveals that the insect aggregates. A common value for the parameter k of the negative binomial distribution was obtained, kc = 0.6042, using maximum likelihood estimation, and the cases and the advantages of use of a common k are discussed. The y₁ = k⁻¹ Sinh⁻¹ (k √ x + 1/2) and y₂ = k⁻¹ Sinh⁻¹ (k √ x + 3/8) proved to be the best transformations for L. botrana larval counts. An entire vine is recommended as the sampling unit for research purposes, whereas a half-vine, which is suitable for grape vine cultivation in northern Greece, is recommended for practical purposes. The presence of macroscale variation indicated a significant edge effect with insect population moving into vineyards and ovipositing mainly along the field edges. Similarities in the patterns of spatial variability occur between the 2nd and 3rd generations and also between infestation, injury and damage, in all fields. The microscale variation was studied using semivariograms for all fields. Semivariograms strongly indicate that the spatial structures of L. botrana larvae were aggregated with dependency down a row of vineyards differing from that across rows of the crop, leading to anisotropy. The average range across the vine rows was consistently shorter than along rows, suggesting that migration occurs more easily down rows than across them. Taylor's Power Law and Iwao's patchiness regression were used to model the relationship between the mean and the variance of larval counts. Analysis of covariance was carried out, separately for infestation and injury, with combined 2nd and 3rd generation data, for vine and half-vine sample units. Common regression coefficients were estimated to permit use of the sampling plan over a wide range of conditions. Optimum sample sizes for infestation and injury, at three levels of precision, were developed. An investigation of a multistage sampling plan with a nested analysis of variance showed that if the goal of sampling is focusing on larval infestation, 3 grape clusters should be sampled in a half-vine; if the goal of sampling is focusing on injury, then 2 grape clusters per half-vine are recommended. A strong linear relationship exists between larval infestation and yield-loss. Ranking of eight insecticides used against L. botrana changed, depending on the index used (cost, efficacy and environmental risk). Finally, the practical economic injury levels (EILs) and environmental EILs for second and third generation of L botrana were estimated, so that they can be used by farmers to decide whether or not insecticide treatment is required. The EIL were estimated at three larvae per half-vine. Four larvae per half-vine for wine grapes and two larvae per half-vine for table grapes could be used. Overall, we developed a fixed precision sequential sampling plan and a sequential sampling program for classifying the pest status of L. botrana larvae.

Η ανάπτυξη μεθόδων δειγματοληψίας και η χρήση κανόνων οικονομικής απόφασης αποτελούν προϋπόθεση για την ορθή ανάπτυξη και λειτουργία της Ολοκληρωμένης Διαχείρισης Εχθρών, στοχεύοντας στη μείωση του πληθυσμού των εχθρών και στη μείωση της βλάβης σε ανεκτά επίπεδα. Η παρούσα μελέτη εξετάζει την κατανομή των προνυμφών του Lobesia botrana (Denis & Schiffermüller) (Lepidoptera: Tortricidae) μέσα στο πρέμνο. Επίσης, χρησιμοποιεί γεωστατιστικές μεθόδους για να χαρακτηρίσει την κατανομή των προνυμφών στο χώρο (μεταξύ των πρέμνων) (χωροδιάταξη). Ακόμα, πραγματεύεται την ανάπτυξη δόκιμων, έγκυρων και πρακτικά εφαρμόσιμων προγραμμάτων δειγματοληψίας. Τέλος, διερευνάται η εκτίμηση των απωλειών παραγωγής (ποσοτικοποίηση της σχέσης μεταξύ αριθμού ατόμων του εχθρού και ζημίας στην καλλιέργεια), η κατάταξη οκτώ εντομοκτόνων ως προς την αποτελεσματικότητα, το κόστος και την περιβαλλοντική επίπτωση τους, καταλήγοντας στην ανάπτυξη ορίων ανεκτής πυκνότητας. Οι μελέτες πραγματοποιήθηκαν στους αμπελώνες της Αμερικανικής Γεωργικής Σχολής και του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, στην περιοχή Θέρμης Θεσσαλονίκης, καθώς και σε έναν αμπελώνα της «Ευάγγελος Τσάνταλης Α.Ε.», στον Άγιο Παύλο Χαλκιδικής. Τα πειραματικά τεμάχια της μελέτης ήταν των τεσσάρων περίπου στρεμμάτων. Τα 4 πειραματικά τεμάχια της Αμερικανικής Γεωργικής Σχολής περιλαμβάνουν έντεκα οινοποιήσιμες ποικιλίες (Ασύρτικο, Ροδίτης, Sauvignon blanc, Ντεμπίνα, Αθήρι, Chardonnay, Ξινόμαυρο, Αγιωργίτικο, Λημνιό, Syrah και Cabernet sauvignon). Τα 2 πειραματικά τεμάχια του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης περιλαμβάνουν επιτραπέζιες ποικιλίες. Κανένας από τους παραπάνω δύο αμπελώνες δεν ψεκάστηκε με εντομοκτόνα. Ο αμπελώνας της «Ευάγγελος Τσάνταλης Α.Ε.» χρησιμοποιήθηκε για να εκτιμηθεί η αποτελεσματικότητα των οκτώ εντομοκτόνων. Οι δειγματοληπτικές μονάδες που επιλέχτηκαν στη μελέτη περιελάμβαναν α) βότρυες β) μισό πρέμνο (όπως διαιρείται από τα σύρματα σε ένα τυπικό γραμμοειδές σχήμα) και γ) ολόκληρο πρέμνο. Διεξήχθησαν ακριβείς μετρήσεις των προνυμφών του εντόμου σε όλα τα πειραματικά τεμάχια, για δύο έτη (καλλιεργητικές περίοδοι 2003 - 2004). Κάθε πρέμνο εξετάστηκε εξ ολοκλήρου και καταγράφηκε ο αριθμός των προνυμφών του L. botrana ανεξάρτητα από το στάδιο τους (προσβολή). Επιπλέον, μετρήθηκε ο αριθμός των κατεστραμμένων ραγών ανά πρέμνο (βλάβη) και η συνολική απώλεια παραγωγής ανά πρέμνο (ζημία), για την 2η και 3η γενεά του εντόμου. Στην 3η γενεά, σε περιπτώσεις όπου οι ράγες ήταν προσβεβλημένες από το έντομο αλλά και από τον μύκητα Β. cinerea, μετρήθηκε ο συνολικός αριθμός κατεστραμμένων ραγών. Οι πειραματικοί αμπελώνες αποτελούνταν συνολικά από 2.099 πρέμνα και 25.041 βότρεις (κατά μέσο όρο ανά γενεά και έτος). Σε κάθε πρέμνο καθορίστηκε η χωρική του θέση χρησιμοποιώντας τις πραγματικές συντεταγμένες (x-y). Οι μετρήσεις προσβολής και βλάβης πραγματοποιήθηκαν δύο εβδομάδες μετά το τέλος της κάθε πτήσης. Η συνολική απώλεια παραγωγής ανά πρέμνο (ζημία), σε γραμμάρια, υπολογίστηκε με πολλαπλασιασμό του αριθμού των κατεστραμμένων ραγών με το μέσο βάρος μιας ράγας. Ο χαρακτηρισμός της κατανομής συχνοτήτων των προνυμφών του L. botrana μέσα στο πρέμνο εξετάστηκε με έλεγχο x² για την αρνητική δυωνυμική κατανομή και για την κατανομή Poisson, οι οποίες είναι χρήσιμες στην περιγραφή συσσωματικής και τυχαίας κατανομής αντίστοιχα. Δύο τεχνικές συμμεταβολής χρησιμοποιήθηκαν για να χαρακτηριστούν τα χωρικά σχέδια της προσβολής και βλάβης από τις προνύμφες του L. botrana, η συμμεταβολή του μέσου συνωστισμού του Iwao (IPR) και η αρχή του Taylor (TPL). Κατά την γεωστατιστική ανάλυση προσομοιώθηκαν οι χωρικές τάσεις μεγάλης κλίμακας, υπολογίστηκαν τα πραγματικά βαριογράμματα και τα ανισότροπα βαριογράμματα (0°, 90°, 45° και 135°). Στις περιπτώσεις όπου τα κατευθυντικά βαριογράμματα αποδείχθηκαν ισοδύναμα υπολογίστηκε ένα πανκατευθυντικό βαριόγραμμα. Εξετάστηκε η προσαρμογή του σφαιρικού, εκθετικού και του προτύπου Gauss (Spherical, Exponential, Gaussian). Κατόπιν, υπολογίστηκαν η nugget διακύμανση, η sill και το εύρος range. Υπολογίστηκε ο άριστος αριθμός δειγματοληπτικών μονάδων για σχέδιο τυχαίας δειγματοληψίας χρησιμοποιώντας την παράμετρο k της αρνητικής δυωνυμικής κατανομής, τη μέθοδο IPR του Iwao και τη μέθοδο TPL του Taylor, με 20, 25 και 30% επίπεδα διαστήματος εμπιστοσύνης και σχεδιάστηκαν τα αντίστοιχα διαγράμματα. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε ιεραρχική ανάλυση διακύμανσης για να εκτιμηθεί ένας άριστος αριθμός δειγματοληπτικών μονάδων μέσα σε κάθε επίπεδο στρωματοποιημένης δειγματοληψίας. Τέλος, αναπτύχθηκε ένα σχέδιο διαδοχικής δειγματοληψίας βασιζόμενο στην αρνητική δυωνυμική κατανομή των προνυμφών του εντόμου. Για την εκτίμηση της απώλειας παραγωγής ανά έντομο διεξήχθη ανάλυση συμμεταβολής μεταξύ αριθμού εντόμων και απώλειας παραγωγής. Τα πειραματικά δεδομένα προέρχονταν από τρία έτη (καλλιεργητικές περίοδοι 2003 - 2005). Για την εκτίμηση της αποτελεσματικότητας των οκτώ εντομοκτόνων εναντίον των προνυμφών του L. botrana, πραγματοποιήθηκε πειραματικό τυχαιοποιημένο σχέδιο πλήρων ομάδων με τρεις επαναλήψεις για κάθε μεταχείριση. Για την κατάταξη των εντομοκτόνων χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία αποτελεσματικότητας, οικονομικότητας και επίπτωσης στο περιβάλλον. Υπολογίστηκαν τρεις δείκτες περιβαλλοντικού κινδύνου από τη χρήση των εντομοκτόνων σύμφωνα με τις διεθνείς βιβλιογραφικές πηγές. Οι παράμετροι υπολογισμού των ορίων ανεκτής πυκνότητας συμπληρώθηκαν με στοιχεία των τιμών για τα επιτραπέζια και οινοποιήσιμα σταφύλια, από το 1977 ως το 2005, της Eurostat, της εθνικής στατιστικής υπηρεσίας της Ελλάδας και του Υπουργείου αγροτικής ανάπτυξης και τροφίμων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κατανομή συχνοτήτων των προνυμφών του L. botrana ακολουθεί αρνητική δυωνυμική κατανομή. Αυτό συνεπάγεται συνάθροιση των προνυμφών μέσα στη στατιστική μονάδα (πρέμνο ή μισό πρέμνο), δείχνοντας ότι το θηλυκό L. botrana τείνει να ωοτοκεί με έναν ιδιαίτερο τρόπο, ξοδεύοντας ενέργεια μόνο για να βρει τον κατάλληλο ξενιστή και έπειτα τείνει να ωοτοκεί όσο το δυνατόν περισσότερα αυγά στα συγκεκριμένα πρέμνα. Υπολογίστηκε μια κοινή τιμή της παραμέτρου k της αρνητικής δυωνυμικής κατανομής χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μέγιστης πιθανότητας (πιθανοφάνειας) και εκτιμήθηκε να γίνει η οποία είναι kc = 0,6042. Ο εκτιμητής της παραμέτρου k χρησιμοποιήθηκε και για τον προσδιορισμό έγκυρων μετασχηματισμών των δεδομένων των μετρήσεων των προνυμφών του L. botrana για ερευνητικούς σκοπούς. Προτείνονται οι y₁ = k⁻¹ Sinh⁻¹ (k √ x + 1/2) και y₂ = k⁻¹ Sinh⁻¹ (k √ x + 3/8) ως οι πιο κατάλληλοι μετασχηματισμοί στα δεδομένα των μετρήσεων των προνυμφών του L. botrana. Σύμφωνα και με τις δύο τεχνικές συμμεταβολής TPL και IPR, οι οποίες προσομοίωσαν καλά τα δεδομένα για όλες τις γενεές και δειγματοληπτικές μονάδες, τα σχέδια διασποράς της προσβολής και βλάβης από τις προνύμφες του L. Botrana χαρακτηρίστηκαν ως συσσωματικά ή ομαδοποιημένα. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε ανάλυση συνδιακύμανσης για να αναπτυχθούν γενικοί συντελεστές των τεχνικών συμμεταβολής. Από τα παραπάνω αποτελέσματα βγαίνει το συμπέρασμα ότι και τα ολόκληρα πρέμνα και τα μισά πρέμνα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έγκυρες στατιστικές μονάδες. Το πρέμνο ως δειγματοληπτική μονάδα συστήνεται για ερευνητικούς σκοπούς, ενώ για πρακτικούς σκοπούς συστήνεται το μισό πρέμνο ως κατάλληλη δειγματοληπτική μονάδα για τη μέθοδο αμπελοκαλλιέργειας στη βόρεια Ελλάδα. Τα αποτελέσματα της γεωστατιστικής ανάλυσης έδειξαν παρουσία σημαντικών τάσεων μεγάλης κλίμακας, με μια σημαντική επίδραση των άκρων. Οι πληθυσμοί των προνυμφών του L botrana παρουσιάζονται υψηλότεροι στις άκρες των αμπελώνων και μειωμένοι προς το εσωτερικό. Δημιουργήθηκαν χωρικά σχέδια προσβολής και βλάβης (σχέδια διασποράς) και χρησιμοποιήθηκαν τα βαριογράμματα για να διερευνηθεί η ανεξαρτησία των προσβολών στα γειτονικά πρέμνα. Παρουσιάστηκε μια γεωμετρική ανισοτροπία, με τη μέγιστη συνοχή στη βορρά-νότου (οριζόντια) κατεύθυνση στις περισσότερες περιπτώσεις. Η ανισοτροπία επιδεικνύει ένα ελλειπτικό σχέδιο χωρικής συνοχής με τον κύριο άξονα της παράλληλο στην κατεύθυνση της μέγιστης συνοχής σε περίπου 9 μ (τουλάχιστον 6 πρέμνα) και τον δευτερεύοντα άξονα περίπου 6,7 μ (τουλάχιστον 3 γραμμές). Αναπτύχθηκαν κατάλληλα δείγματα σταθερού μεγέθους (άριστος αριθμός δειγματοληπτικών μονάδων) για σχέδιο τυχαίας δειγματοληψίας, για τρία επίπεδα ακρίβειας. Επίσης, η ανάλυση σχεδίου στρωματοποιημένης δειγματοληψίας με μια ιεραρχική ανάλυση διακύμανσης, έδειξε ότι πρέπει να επιλέγονται 3 βότρεις ανά μισό πρέμνο εάν το ενδιαφέρον της δειγματοληψίας εστιάζεται στην προσβολή και 2 βότρεις ανά μισό πρέμνο εάν το ενδιαφέρον της δειγματοληψίας εστιάζεται στην βλάβη. Προσδιορίστηκαν πρακτικά όρια ανεκτής πυκνότητας και περιβαλλοντικά όρια ανεκτής πυκνότητας, ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους καλλιεργητές ως γενικοί κανόνες απόφασης επέμβασης ή όχι, παρέχοντας παράλληλα και τον τρόπο υπολογισμού πιο εξειδικευμένων ορίων, ανάλογα με τις τιμές του προϊόντος και το κόστος ενός εντομοκτόνου. Τα όρια ανεκτής πυκνότητας υπολογίστηκαν στις 3 προνύμφες ανά μισό πρέμνο. Αναλυτικότερα, προτείνονται οι 4 προνύμφες ανά μισό πρέμνο για τις οινοποιήσιμες ποικιλίες και οι 2 προνύμφες ανά μισό πρέμνο για τις 6 επιτραπέζιες ποικιλίες. Η λογαριθμοκανονική κατανομή αποδείχθηκε η καταλληλότερη στην περιγραφή της κατανομής των τιμών των ορίων ανεκτής πυκνότητας. Τέλος, αναπτύχθηκε ένα σχέδιο διαδοχικής δειγματοληψίας σταθερής ακρίβειας, χρήσιμο όταν ο στόχος της δειγματοληψίας είναι ο υπολογισμός της πυκνότητας πληθυσμού με μια επιθυμητή ακρίβεια, καθώς και ένα σχέδιο διαδοχικής δειγματοληψίας κατάταξης, χρήσιμο όταν η δειγματοληψία εστιάζεται στον καθορισμό του εάν η πυκνότητα πληθυσμού βρίσκεται επάνω ή κάτω από ένα όριο ανεκτής πυκνότητας.