Sistema elettronico per il monitoraggio di insetti dannosi in frutteto

Convegno di Medio Termine dell’Associazione Italiana di Ingegneria Agraria
Belgirate, 22-24 settembre 2011
memoria n.
SISTEMA ELETTRONICO PER IL MONITORAGGIO DI INSETTI
DANNOSI IN FRUTTETO
A. Guarnieri1, G. Molari1, V. Rondelli1
(1) Dipartimento di Economia e Ingegneria Agrarie, Università di Bologna
SOMMARIO
Tra le strategie di controllo degli insetti dannosi in frutteto, la lotta integrata si è
particolarmente diffusa negli ultimi anni. Tale metodo richiede il monitoraggio dei
fitofagi con l’impiego di trappole a feromoni periodicamente controllate
dall’agricoltore. In tale ambito elevata attenzione deve essere rivolta alla Cydia
pomonella (L.), meglio conosciuta come carpocapsa, in quanto è stato ampiamente
dimostrato che è in grado di determinare danni rilevanti nei meleti.
La sezione di Ingegneria Agraria dell’Università di Bologna è da anni impegnata in
progetti di ricerca che hanno come obiettivo lo sviluppo di un sistema elettronico per il
monitoraggio automatico della presenza dei lepidotteri. Il sistema elettronico
realizzato, del quale qui si riferisce, è in grado di rilevare con frequenza
programmabile l’insetto catturato e di inviare l’immagine ad un centro remoto. Le
prestazioni della trappola elettronica, a confronto con il sistema tradizionale, sono
state rilevate in un meleto. I risultati hanno mostrato che l’efficienza di cattura del
dispositivo elettronico è equivalente a quella della trappola tradizionale. Il sistema
elettronico di monitoraggio ha consentito inoltre di effettuare un facile riconoscimento
della carpocapsa dall’immagine trasmessa.
Parole chiave: Carpocapsa, trappola a feromoni, monitoraggio elettronico.
1 INTRODUZIONE
Sin dagli anni settanta la Carpocapsa (Cydia pomonella (L.), Lepidoptera
Tortricidae, è stata monitorata in meleto e pereto mediante trappole a feromoni sessuali.
Le tecniche di lotta integrata prevedono l’esecuzione dei trattamenti al superamento
della soglia economica di danno, valutata contando il numero di maschi catturati nelle
trappole.
La scoperta del Codlemone (Roelofs et al., 1971; Beroza et al., 1974; McDonough e
Moffitt, 1974), componente principale del feromone naturale emesso dalla carpocapsa,
ha reso le trappole sessuali un sistema di campionamento largamente utilizzato.
E’ ormai dimostrato che l’efficienza delle trappole dipende principalmente dalla
forma della trappola, dal tipo di innesco nonché dall’ampiezza e dal posizionamento
delle aperture (Kehalt et al., 1994; Madsen e Vakenti, 1973; Charmillot et al., 1975,
Accinelli et al., 1998).
Peraltro le trappole a feromoni sono impiegate non solo per il controllo della
A. Guarnieri, G. Molari, V. Rondelli
carpocapsa ma anche per molti altri insetti dannosi per le colture agricole. Nella pratica
di campo il campionamento con trappole a feromoni si è dimostrato di semplice
esecuzione grazie proprio all’efficienza di cattura dei maschi ottenuta con specifiche
miscele di feromoni ad azione selettiva. Le catture di maschi adulti consentono di
stimare oltre alla dimensione della popolazione, anche l’andamento temporale degli
sfarfallamenti. E’ possibile così eseguire i trattamenti in modo più preciso,
determinando i picchi di presenza degli insetti ed i periodi di volo (Birch e Haynes,
1984).
In Emilia Romagna l’esecuzione dei trattamenti alla carpocapsa coincide con il
superamento della soglia di due adulti catturati per trappola in una settimana (ERMES,
2011). Il disciplinare di produzione prevede l’utilizzazione di almeno due trappole per
ettaro di superficie, controllate una o due volte alla settimana dai tecnici per accertare la
cattura e fissare la data del trattamento.
In relazione all’impegno richiesto per il controllo delle trappole in campo, diverse
sono le soluzioni fino ad ora sviluppate per automatizzare il controllo. Fra questi sono
da ricordare i sistemi di cattura e monitoraggio degli insetti basati su sensori acustici ed
i dispositivi di trasmissione dell’informazione per identificare e localizzare il sito di
cattura (Beroza, 2002). Altri sistemi sono basati sul conteggio automatico delle catture
mediante sensori di passaggio (Kliewe, 1998; Beerwinkle, 2001), integrati
eventualmente da sistemi di trasmissione dell’informazione (Tabuchi et al., 2006). Più
recentemente sono state utilizzate fotocamere (Kondo et al., 1994, Shimoda et al., 2006,
Guarnieri et al., 2007), eventualmente integrate con tecniche di identificazione e
classificazione dell’insetto (Wen et al., 2009; Wen et al., 2009; Landwehr e AgudeloSilva, 2005).
Nel contesto generale delle problematiche discusse è stato sviluppato e realizzato un
sistema integrato di controllo e monitoraggio automatico della cattura di carpocapsa,
sviluppato a partire da una trappola a feromoni specifica per il lepidottero.
2 MATERIALI E METODI
Il prototipo di trappola elettronica è stato realizzato a partire da una trappola
commerciale, la Pomotrap, specifica per la cattura di Cydia Pomonella (Figura 1),
costituita da un involucro esterno ad astuccio al cui interno viene inserito un fondo
collato estraibile ed il diffusore del feromone (Figura 2). La porzione superiore della
Pomotrap è stata modificata per essere integrata con una struttura a forma di
parallelepipedo, a base quadrata, contenente nella parte superiore la componentistica
elettronica e le batterie di alimentazione ed in quella inferiore una superficie piana
trasparente in modo da ripristinare il volume di cattura della Pomotrap. Il sistema
elettronico di visione è stato collocato ad una distanza dal fondo collato della trappola
sufficiente per una sua completa visione. Nell’estremità superiore del parallelepipedo è
stato predisposto un coperchio per isolare il sistema dagli agenti atmosferici.
Per la realizzazione della trappola elettronica è stato scelto un sistema di
acquisizione dell’immagine e trasferimento del dato con tecnologia wirless di tipo
commerciale costituito da uno smartphone programmabile appartenente alla classe dei
dispositivi S60 con una videocamera integrata da 3 Mpx e dotato di sistema operativo
Symbian 9.0.
TRAPPOLA AUTOMATICA PER IL RILEVAMENTO DI CYDIA POMONELLA (L.)
Figura 1. Esemplare di carpocapsa.
Figura 2. Pomotrap.
Per consentire una sufficiente autonomia del sistema lo smatphone è stato integrato
con un dispositivo di gestione ed un software in grado di consentire l’attivazione ad
intervalli definiti della fotocamera, la memorizzazione temporizzata delle foto, la
trasmissione dell’immagine ad un server remoto ed il mantenimento di una copia locale
dei dati per la ri-trasmissione in casi di temporanea interruzione della rete.
Per effettuare le prove sono stati realizzati due prototipi di trappola elettronica.
La sperimentazione è stata condotta presso l’Azienda Agraria dell’Università di
Bologna, in un meleto della varietà Golden, con sesto d’impianto di 4x2,5 m,
caratterizzato da un’elevata infestazione di carpocapsa causata dalla mancata esecuzione
di trattamenti specifici nei tre anni precedenti. Nel campo sono state poste quattro
trappole, di cui due tradizionali (trappola 1 e 4) e due elettroniche (trappola 2 e 3), in
modo da verificare la funzionalità dei due prototipi e la loro efficacia di monitoraggio
rispetto alle trappole tradizionali (Figura 3).
Le prove sono state effettuate nel periodo compreso fra il 12/04/2010 e il
29/08/2010. Il sistema elettronico è stato predisposto per effettuare l’acquisizione di
un’immagine giornaliera e il contemporaneo trasferimento al server remoto. Il
monitoraggio delle trappole è stato effettuato visivamente con cadenza settimanale,
rispettando il disciplinare regionale.
A. Guarnieri, G. Molari, V. Rondelli
Figura 3. Trappola elettronica in campo.
3 RISULTATI
L’utilizzo in campo del prototipo elettronico nell’intero periodo della
sperimentazione è risultato perfettamente coerente con gli obiettivi in ordine sia alla sua
efficienza funzionale in termini di autonomia di monitoraggio, regolare trasmissione e
memorizzazione delle immagini delle catture giornaliere, sia per l’entità delle catture di
maschi di carpocapsa rispetto alle trappole tradizionali. Gli unici interventi effettuati
sono stati quelli programmati relativi al controllo visivo settimanale, concomitante alla
normale valutazione delle catture nelle trappole classiche, alla sostituzione del fondo
collato e del diffusore del feromone ogni due settimane e alla sostituzione mensile delle
batterie. Durante queste attività non sono state riscontrate anomalie strutturali causate
dalle interazioni con la pianta e gli agenti atmosferici.
Figura 4. Numero di maschi di carpocapsa catturate nelle quattro trappole.
TRAPPOLA AUTOMATICA PER IL RILEVAMENTO DI CYDIA POMONELLA (L.)
Per quanto riguarda le catture, l’efficienza della trappola elettronica è risultata
equivalente a quella delle trappole tradizionali sia per il numero complessivo di maschi
catturati sia in termini di catture settimanali. Per queste ultime non sono state riscontrate
differenze significative nel numero delle catture, anche se quella elettronica ha fornito la
distribuzione giornaliera delle catture stesse. Tale distribuzione consente una puntuale
caratterizzazione dell’inizio del volo della generazione svernante della carpocapsa,
mostrando un anticipo delle catture (Figura 4) rispetto ai modelli previsionali della zona
e di conseguenza una potenziale maggiore efficacia negli interventi fitosanitari di
controllo.
Con riferimento al numero complessivo degli esemplari catturati sono stati contati
325 maschi di cui 94 e 74 nelle trappole tradizionali (trappola 1 e 4) a fronte di 88 e 69
nelle trappole elettroniche (trappola 2 e 3). Tali risultati mostrano differenze contenute e
comunque non significative tra le catture delle due tipologie di trappole. In tale contesto
si deve sottolineare che l’elevato numero di catture, ottenuto mediante l’accurata scelta
del campo di prova e l’assenza di trattamenti specifici contro la carpocapsa durante la
sperimentazione, ha consentito di valutare le prestazioni del monitoraggio elettronico
nei termini indicati.
Figura 5. Immagini di catture della trappola elettronica.
La corrispondenza fra le catture ottenute come risultato del controllo in campo sul
sistema di monitoraggio elettronico con quelle derivanti dalla valutazione delle
immagini trasmesse evidenzia il corretto funzionamento del sistema ottico per quanto
A. Guarnieri, G. Molari, V. Rondelli
riguarda l’intera visione della superficie di cattura ma anche la perfetta identificazione
della specie catturata. Infatti l’elevata selettività della Pomotrap e della miscela di
feromoni usati ha fatto sì che le trappole abbiano catturato lepidotteri esclusivamente
della specie considerata, unitamente ad altri insetti quali mosche e moscerini
perfettamente riconoscibili dalle immagini trasmesse (Figura 5).
4 CONCLUSIONI
Lo sviluppo e la costruzione del sistema di monitoraggio elettronico, resi possibile
dal supporto finanziario di Enti territoriali, si è dimostrato rispondente agli obiettivi
della ricerca volti ad una razionalizzazione e semplificazione delle strategie di controllo
degli insetti dannosi in frutteto. I risultati ottenuti hanno mostrato che le modifiche
apportate alla trappola tradizionale non ne hanno alterato la capacità di cattura.
La trappola elettronica, regolata in modo da inviare una foto al giorno, permette una
più puntuale scelta del momento dell’intervento e rappresenta un valido supporto per gli
Enti Territoriali alla migliore definizione dei modelli previsionali. Infatti la flessibilità
del sistema consente, aumentando la frequenza di monitoraggio, di utilizzare il
dispositivo elettronico anche a scopo di ricerca.
L’efficienza della trappola elettronica verificata in campo sulla carpocapsa, in
termini di catture, trasferimento dell’immagine e facile riconoscimento dell’insetto,
consente di ritenere estendibile l’applicazione di tale sistema a molte specie dannose sia
in ambito strettamente agricolo che in quello agroalimentare.
Le caratteristiche tecniche ed operative della trappola elettronica consentono infine
di poter considerare l’esperienza una valida base di partenza per lo sviluppo di sistemi
commerciali ad ampia diffusione, favorito anche dall’evoluzione delle tecnologie
elettroniche e dalla progressiva riduzione dei costi.
Ringraziamenti. Gli autori ringraziano le Ditte Wispes srl e Riff98 per la
collaborazione tecnica. Un particolare ringraziamento è dovuto alla Fondazione Cassa
di Risparmio di Bologna e alla Regione Emilia-Romagna per i finanziamenti alla
ricerca.
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