Nieuw instrument gebruikt satellietgegevens om olijfvlieg te bestrijden

Op een recente conferentie bij het Europees Ruimtevaartagentschap in Frascati, Italië, hebben onderzoekers tentoongesteld een hulpmiddel dat kan helpen bij het bestrijden en voorkomen olijf fruitvlieg besmettingen in het aangezicht van klimaatverandering.

Het project is gebaseerd op het integreren van de biologische cycli van de olijfboom en de olijfvlieg met relevante satellietgegevens.

"“We moeten dit project beschouwen als een nieuwe bijdrage aan de voortdurende inspanningen op het gebied van ongediertebestrijding”, vertelde Luigi Ponti, onderzoeker bij het Italiaanse Nationale Agentschap voor Nieuwe Technologieën, Energie en Duurzame Economische Ontwikkeling. Olive Oil Times.

Een belangrijke gegevensbron voor het project zijn satellietwaarnemingen die zijn uitgevoerd met behulp van MODIS-sensoren (Modified-Resolution Imaging Spectroradiometer) aan boord van twee NASA-satellieten, Terra en Aqua.

De afgelopen twee decennia hebben deze sensoren verschillende oppervlaktevariabelen gemeten, zoals vegetatie-indexen, en daarnaast zeer betrouwbare gegevens over de temperatuur van het landoppervlak geleverd.

"Ze maten de oppervlaktetemperatuur vanuit de ruimte met een dagelijkse tijdsresolutie, waarbij ze dankzij hun overschrijdingstijden ook de geschatte dagelijkse maximum- en minimumtemperaturen vastlegden', aldus Ponti. 

Uit eerder onderzoek van Markus Neteler, oprichter van Mundialis, een Duits partnerbedrijf in het project, bleek dat er een methode is om temperatuurgegevens uit satellietwaarnemingen te halen.

Daarnaast is er een methodologie ontwikkeld op basis van statistieken en ruimtelijke informatie om de gaten op te vullen die ontstaan ​​door bewolking, aangezien MODIS-sensoren niet door de wolken heen kunnen kijken.

Het onderzoek van Ponti en zijn collega's was erop gericht om deze brede dataset te koppelen aan een van MODIS afgeleide vegetatie-index, bekend als de Normalized Difference Vegetation Index (NDVI).

MODIS NDVI meet de hoeveelheid groene vegetatie op het aardoppervlak en geeft informatie over de landbedekking gedurende het jaar. Deze informatie kan worden gebruikt om temperatuurgegevens afkomstig van MODIS-satellieten te verbeteren.

De effectiviteit van deze aanpak bouwt voort op eerder onderzoek door een team van Israëlische wetenschappers die een methode ontwikkelden om uit MODIS afgeleide landoppervlaktemperaturen te kalibreren met behulp van NDVI-gegevens.

"Ze plaatsten thermometers in de kronen van olijfbomen en ontdekten dat de temperatuur afkomstig van MODIS-satellieten, na correctie met MODIS NDVI, de temperatuur in de kronen beter voorspelde dan het dichtstbijzijnde weerstation', aldus Ponti.

Dankzij deze gegevens is het mogelijk om de temperatuur te schatten die zowel de plant als de olijfvlieg ervaren.

""Als we een echte impact op de landbouw willen hebben, moeten we observeren wat er elke dag gebeurt, want zo functioneren planten en de daarmee interacterende organismen", merkte Ponti op.

De behoefte aan zeer precieze informatie over agro-ecosystemen leidde tot de ontwikkeling van een op fysiologie gebaseerd demografisch model van het agro-ecosysteem van olijven, in samenwerking met het non-profit wetenschappelijke consortium CASAS Global.

De uitkomst van het model is een gedetailleerde en realistische biologische weergave van de levenscycli van de olijfboom en de olijfvlieg, inclusief hun interacties.

Dit type modellering, dat een top-downbenadering (met behulp van satellietgegevens) combineert met een bottom-upbenadering (biologische mechanismen), overwint de beperkingen van beide en biedt een krachtig hulpmiddel voor strategische analyse in landbouwbeheer.

De combinatie van satellietwaarnemingen, biologische modellen en open-source geografische informatiehulpmiddelen stelt onderzoekers in staat om dynamiek te visualiseren en analyseren met een ongekende temporele (dagelijkse) en ruimtelijke (250 meter) resolutie.

"Voor de plant simuleert [het model] bladpopulaties, takpopulaties en wortelpopulaties. Met hetzelfde basismodel simuleert het de geboorte, groei, veroudering en dood van plantenorganen of insectenstadia," aldus Ponti.

"“We gebruiken dus hetzelfde model om zowel insecten als planten in ons olijf-olijfvliegsysteem te beschrijven”, voegde hij toe.

Voor de plant is de belangrijkste energiebron de zonnestraling, samen met voedingsstoffen en water uit de bodem. Voor de vlieg is de bron de plant waarmee hij zich voedt: hoeveel olijven hij kan vinden om eitjes te leggen. Zijn vitaliteit (groei, voortplanting) hangt af van de beschikbaarheid van olijven.

""Dit geeft de modellen een zekere mate van biologisch realisme, omdat ze beperkt worden door de werkelijke beperkingen van de hulpbronnen waarmee organismen te maken hebben", aldus Ponti.

"Als de vlieg geen olijven vindt, gaat hij in een reproductieve ruststand, net als in de natuur. Het is dus geen hulpmiddel om ​'“Het systeem kan een plaag niet precies voorspellen, maar het kan je wel vertellen dat de omgeving onder bepaalde omstandigheden geschikt is voor een plaag”, legde hij uit.

"Je kunt niet zeggen ​'de vlieg komt morgen, maar je kunt wel zeggen ​'“Dit gebied heeft momenteel omstandigheden die de ontwikkeling van vliegen zouden bevorderen”, voegde Ponti toe.

Net als weersvoorspellingen zijn biologische voorspellingen een uitdaging. Weersvoorspellingen op zich worden als onbetrouwbaar beschouwd voor een periode langer dan ongeveer drie dagen.

"Toch gebruiken we weergegevens als input voor onze biologische modellen, dus de onzekerheid neemt toe', aldus Ponti. ​"“Wat onze modellen toevoegen is strategische informatie.” 

Voorspellingen kunnen aangeven wanneer u moet handelen, maar ze kunnen u niet vertellen waarom iets gebeurt of hoe u zich beter kunt voorbereiden op een veranderend klimaat.

"“Daarvoor is inzicht nodig in de mechanismen en de dynamiek in het veld”, aldus Ponti. ​"Dat is nu juist het punt: als de olijfvlieg een belangrijke plaag is, hoe kunnen we die dan economisch en operationeel beter beheersen, vooral in een tijd van klimaatverandering, waarin de aannames over het klimaat achterhaald zijn en de daaruit voortvloeiende beheerregels mogelijk niet meer van toepassing zijn? 

"“We hebben dit duidelijk laten zien in ons werk in Andalusië”, voegde hij toe. ​"In sommige gebieden zijn er bijvoorbeeld niet genoeg chill-uren om de bloei van olijven te stimuleren. In warmere gebieden blijft de vliegenpopulatie onder de drempelwaarde vanwege hoge temperaturen die de thermische tolerantie van de vlieg benaderen of overschrijden." 

Door nauwkeurigere klimaat- en vegetatie-informatie te gebruiken, kunnen beleidsmakers hun strategieën voor ongediertebestrijding herzien.

Regiospecifieke interventies en beleidsmaatregelen, zoals die in Andalusië, waar geïntegreerde controleorganisaties de behandelingen monitoren en voorschrijven, zijn afhankelijk van de analyse van gegevens uit het verleden.

""Zo begint de monitoring traditioneel in mei, maar als de winters warmer zijn, kan het nuttiger zijn om eerder te beginnen", aldus Ponti.

De olijfvlieg groeit snel, volgt nauw de levenscyclus van de olijfboom en kan zich het hele jaar door voortplanten zodra de olijfboom en het klimaat geschikt zijn. Dit maakt de vlieg een belangrijke plaag voor olijfgewassen wereldwijd.

"“Als je het niet vroegtijdig in de gaten houdt en onder controle krijgt, loopt het snel uit de hand”, aldus Ponti. ​"De beste aanpak kan dus zijn om zelfs tijdens de ​'"Het rustige seizoen, de late winter of het vroege voorjaar. Met de toekomstige klimaattrends zal proactief zijn cruciaal zijn."

Naarmate het weer steeds onvoorspelbaarder wordt en extreme gebeurtenissen komen steeds vaker voor, tot het punt waarop ze geen uitzondering meer zijn. Voor landbouwinstellingen wordt het steeds moeilijker om effectieve beschermingsdiensten te plannen.

""Deze modelleringstool geeft je een realistisch beeld van wat er in het veld gebeurt, iets wat je nooit zou kunnen krijgen via veldobservaties op deze schaal en gedurende deze duur", aldus Ponti.

""In Puglia hebben we twintig jaar aan dynamiek van olijven en vliegen gesimuleerd op een dagelijkse tijdschaal met een resolutie van 20 meter voor honderdduizenden locaties, dankzij cloud computing van de Italiaanse partner Recube", voegde hij toe.

""Het zou simpelweg onmogelijk zijn om dezelfde soort gegevens uit veldobservaties te halen. Dit soort systeem geeft je dat inzicht op veldniveau in principe gratis," vervolgde Ponti.

Omdat het klimaat verschillende effecten heeft op planten en insecten, veranderen hun interacties en evenwicht.

"Dat is belangrijk om te weten. Je zou verschillende beheerscenario's kunnen simuleren, zoals een eerdere interventie, en evalueren hoe voordelig dat is," aldus Ponti.

"Je kunt niet tien jaar lang veldproeven doen in heel Puglia. Maar met dit model kun je dat vrijwel binnen enkele minuten doen," voegde hij eraan toe. ​"Het is dus niet bedoeld voor voorspellingen op korte termijn (want daarvoor zijn perfect gedetailleerde realtime biologische en klimaatgegevens nodig), maar het is geweldig voor het maken van strategische beschrijvingen en plannen.”

De NASA-satellieten Aqua en Terra staan ​​op het punt om buiten gebruik te worden gesteld. Daarom werken onderzoekers al aan de inzet van andere satellieten, zoals die van Eumetsat en de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA, die vergelijkbare sensoren dragen.

De nieuwe generatie Sentinel-satellieten van het agentschap heeft een hoge ruimtelijke resolutie en kan oppervlaktetemperaturen waarnemen.

""Maar ze hebben momenteel geen dagelijkse tijdsresolutie, hoewel er plannen zijn om in toekomstige Sentinel-missies een dagelijkse resolutie te bereiken", aldus Ponti.

""Dat betekent dat ze geen dagelijkse maximum- en minimumtemperaturen kunnen meten, die cruciaal zijn voor circadiaanse ritmes, de natuurlijke cycli die het leven op aarde reguleren", legde hij uit.

Klimaatgegevens afkomstig van satellieten en andere gegevens, gecombineerd met op fysiologie gebaseerde demografische modellen, kunnen in de komende jaren van cruciaal belang blijken, niet alleen voor olijfgaarden, maar ook voor veel gewassen die onderzoekers al hebben bestudeerd.

Het project werd uitgevoerd in het kader van het TEBAKA-project en is gebaseerd op de ICT-infrastructuur die is ontwikkeld door het Med-Gold-project. Beide projecten worden gefinancierd door de Europese Unie.

Om deze gegevens te gebruiken als basis voor de strategie, moeten overheidsinstellingen en regionale organisaties actie ondernemen.

""Wat ontbreekt, zijn de onderzoeks- en projectmiddelen om de benodigde cloud computing te ondersteunen en tegelijkertijd de tijdreeks van de dataset die we hebben gebruikt, te behouden en uit te breiden. Deze beslaat ongeveer twintig jaar, van 20 tot 2003. Dat is een lange en waardevolle periode", aldus Ponti.

"Klimaatverandering is niet iets dat pas aan het einde van de eeuw zal gebeuren. Het is iets dat nu al gebeurt," concludeerde hij. ​"Statistische analyses van wat er in het verleden in een bepaald gebied is gebeurd, zijn een geweldig hulpmiddel, maar ze zijn niet langer voldoende, omdat het klimaat snel verandert.”