Sistema elettronico per il monitoraggio di insetti dannosi in frutteto
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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. BIBLIOGRAFIA Accinelli, G., Maini, S., & Capizzi, A. Effetti del tipo di trappola e dell’innesco feromonico sulla cattura di Cydia pomonella, Informatore fitopatologico, 1998, 1-2, 70-75. Beerwinkle, K.R. An automatic capture-detection, time-logging instrumentation system for boll weevil pheromone traps, Applied Eng. in Agric., 2001, 17(6), 893-898. Beroza, M. 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