I modelli previsionali per gli insetti
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". 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 si 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, venne affidata la responsabilità scientifica del progetto.
Attualmente il modello MRV è disponibile per i seguenti fitofagi:
- Pandemis cerasana
- Argyrotaenia pulchellana
- Cydia pomonella
- Cydia molesta
- Cydia funebrana
- Lobesia botrana
- Anarsia lineatella
- Tripidi del pesco
- Cacopsylla pyri
Come sono stati realizzati
I modelli MRV sono stati realizzati sotto forma di programma per PC e ciò che li rende specifici è l’insieme dei parametri biologici tipici di ciascun insetto considerato. Per la determinazione dei parametri biologici è stato necessario rilevare, con appositi allevamenti in condizioni controllate, i dati di sviluppo dei diversi stadi dell’insetto in funzione della temperatura. Solo per Cydia molesta ed, in parte, per i tripidi del pesco e la psilla del pero, sono stati utilizzati dati di sviluppo desunti dalla letteratura. I diversi stadi degli insetti (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 alimentate 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 di sviluppo, gli individui dei diversi stadi sono 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:
- 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
- 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
- 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
Come si usano
I modelli MRV utilizzano 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
I modelli sono stati validati sperimentalmente sul territorio della Regione Emilia-Romagna e non se ne conosce pertanto l’affidabilità se applicati in ambienti diversi. Il corretto utilizzo di tali modelli è subordinato allo svolgimento di appropriate verifiche negli ambienti interessati.