Simulation modelling as a decision support in developing a sterile insect-inherited sterility release strategy for Eldana saccharina (Lepidoptera: Pyralidae)

Linke Potgieter, Jan H. Van Vuuren, Des E. Conlong

Abstract


A user-friendly simulation tool for determining the impact of the sterile insect technique/inherited sterility technique (SIT/IS) on populations of the African sugarcane stalk borer, Eldana saccharina Walker (Lepidoptera: Pyralidae) is described in this paper. The simulation tool is based on a spatio-temporal model. The design of the simulation tool is such that it is applicable for use in a number of pest/crop and pest control scenarios. It uses 4 interacting subsystems (pest species population dynamics, crop dynamics, environmental dynamics and economics) within a specified spatial domain. Furthermore, the spatial domain describes the layout of the agricultural crop (position, size, shape, crop age and variety of the different fields contained within the crop area). The pest species population subsystem describes E. saccharina population dynamics (but is designed to also include population dynamics of other pest species) under the influence of the IS technique. The E. saccharina module developed utilizes mean-field and spatio-temporal models, and includes dynamics of all E. saccharina life stages under the influence of the control measure. Only temperature and damage caused by E. saccharina are currently included as variables in the sugarcane dynamics subsystem. This subsystem estimates stalk length as a function of time and temperature, and sucrose percentage as a function of damage caused by E. saccharina boring. Interaction between E. saccharina population growth and sugarcane growth is described by a decreasing s-shaped density-dependent mortality function—the older the cane, the higher the carrying capacity (more food resources) and corresponding infestation and damage levels. The only environmental factor considered as an independent variable in the environmental dynamics subsystem is temperature. Possible extensions to this subsystem are discussed. The economics subsystem developed includes the estimation of the recoverable value, percentage, expected revenue and the cost of control. No other farm expenditures are taken into account. As such only profit or loss expected from applying the IS technique is estimated. The profit or loss is defined as the increase in revenue expected less the cost of applying a pest control measure. An example of using the simulation tool is presented in the context of a real field scenario of a simulated SIT/IS program against E. saccharina at a pilot site near the Eston area of KwaZulu-Natal, South Africa.

 

Resumen

Se describe en este documento una herramienta de simulación fácil de uso para determinar el impacto de la técnica del insecto estéril/esterilidad heredada (TIE/EH) en las poblaciones del barrenador del tallo de caña de azúcar de África, Eldana saccharina Walker (Lepidoptera: Pyralidae). La herramienta de simulación se basa en un modelo espacio-temporal. El diseño de la herramienta de simulación es aplicable para su uso en una serie de escenarios de plagas/cultivos y de control de plagas. Se utiliza 4 subsistemas que interactúan (dinámica de las poblaciones de especies de plagas, dinámica de los cultivos, dinámica del medio ambiente y economía) en un dominio espacial determinado. Por otra parte, el dominio espacial describe el diseño del cultivo agrícola (posición, tamaño, forma, edad del cultivo y la variedad de diferentes campos dentro del área del cultivo). El subsistema de población de las especies de plagas describe la dinámica de poblaciones de E. saccharina (pero está diseñado para incluir la dinámica de poblaciones de otras especies de plagas) bajo la influencia de la técnica de EH. El módulo de E. saccharina desarrollado utiliza un modelo del promedio de campo y de espacio-temporal e incluye la dinámica de todos los estadios de vida de E. saccharina bajo la influencia de la medida de control. Sólo la temperatura, y los daños causados por E. saccharina se incluyen actualmente como variables en el subsistema de la dinámica de la caña de azúcar. Este subsistema estima la longitud de tallo como una función del tiempo y la temperatura, y el porcentaje de sacarosa como una función del daño causado por los barrenadores E. saccharina. Se describe la interacción entre el crecimiento de la población de E. saccharina y el crecimiento de la caña de azúcar por una función decreciente de mortalidad dependiente de la densidad en forma de s — la mayor edad de la caña, la mayor será la capacidad de carga (más recursos alimentarios) y nivel de daño e infestación correspondiente. El único factor ambiental considerado como una variable independiente en el subsistema de la dinámica del medio ambiente es la temperatura. Se discuten las posibles ampliaciones de este subsistema. El subsistema de la economía desarrollado incluye la estimación del valor recuperable, porcentaje, los ingresos previstos y el costo del control. No se tomaron los otros gastos agrícolas en cuenta. Como tal, se estimó sólo el resultado del periodo esperado de la aplicación de la técnica EH. Se define la ganancia o perdida como el aumento de los ingresos esperado menos el costo de la aplicación de una medida de control de plagas. Se presenta un ejemplo del uso de la herramienta de simulación en el contexto de un escenario de campo real de un programa de TIE simulada contra E. saccharina en un sitio piloto cerca del área de Eston de KwaZulu-Natal, Sudáfrica.

 

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Keywords


inherited sterility; African sugar cane borer; pest population dynamics; sugarcane dynamics; environmental dynamics and economics; pest control; sugarcane field configurations

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