Un effetto della temperatura ad ammortizzamento logaritmico per l'apprendimento supervisionato della disinfestazione solare del grano disinfestazione solare del punteruolo del riso Sitophilus oryzae (Coleoptera: Curculionidae) utilizzando sacchetti di plastica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2655 (2023) Citare questo articolo

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Questo lavoro indaga l’efficacia del riscaldamento solare utilizzando sacchetti di polietilene trasparente contro il punteruolo del riso Sitophilus oryzae (L.), che è uno degli insetti nocivi più distruttivi contro molti cereali strategici come il grano. In questo articolo, miriamo a trovare i parametri chiave che influenzano il sistema di controllo del riscaldamento contro gli insetti dei cereali immagazzinati, garantendo al tempo stesso il mantenimento della qualità dei chicchi di grano. Forniamo un nuovo set di dati di riferimento, in cui i dati sperimentali e ambientali sono stati raccolti sulla base del lavoro sul campo durante l'estate in Canada. Misuriamo l'efficacia della soluzione utilizzando una nuova formula per descrivere l'effetto ammortizzante della temperatura sul punteruolo del riso. Abbiamo adottato diversi modelli di machine learning per prevedere l’efficacia della nostra soluzione nel raggiungere una condizione di riscaldamento letale per gli insetti nocivi, e quindi misurare l’importanza dei parametri. Le prestazioni dei nostri modelli di machine learning sono state convalidate utilizzando una convalida incrociata di 10 volte, mostrando un'elevata precisione del 99,5% con un ricordo del 99,01%, una precisione del 100% e un punteggio F1 del 99,5% ottenuto dal modello Random Forest. Il nostro studio sperimentale sull'apprendimento automatico con valori SHAP come modello post-hoc eXplainable fornisce le migliori condizioni ambientali e parametri che hanno un effetto significativo sulla disinfestazione dei punteruoli del riso. I nostri risultati suggeriscono che esiste una quantità ottimale di granuli di medie dimensioni quando si utilizzano sacchetti solari per la disinfestazione termica degli insetti a temperature ambiente elevate. L’apprendimento automatico ci fornisce un modello versatile per prevedere le temperature letali più efficaci per eliminare gli insetti dei cereali immagazzinati all’interno di sacchetti di plastica trasparente. Utilizzando questa potente tecnologia, possiamo ottenere preziose informazioni sulle condizioni ottimali per eliminare questi parassiti. Il nostro modello ci consente di prevedere se una determinata combinazione di parametri sarà efficace nel trattamento degli insetti utilizzando il controllo termico. Rendiamo il nostro set di dati pubblicamente disponibile con una licenza Creative Commons per incoraggiare i ricercatori a utilizzarlo come punto di riferimento per i loro studi.

Si stima che la popolazione mondiale sarà di circa 7,8 miliardi nel 2020 e si prevede che raggiungerà i 9,8 miliardi nel 20501,2,3,4. Pertanto, l’aumento della produzione globale di cereali è un fattore chiave per soddisfare la domanda alimentare mondiale. Si prevede che la produzione e il consumo di cibo aumenteranno di circa il 50–70% nel 20501,2,3. D’altra parte, la perdita post-raccolto è responsabile di enormi danni alla produzione alimentare totale, soprattutto in alcuni paesi africani, e causa una perdita di circa il 20-40%, una perdita significativa rispetto alla bassa produzione alimentare negli stessi paesi2. Gli insetti sono la causa principale dei danni ai cereali e si stima che le perdite di cereali siano pari al 30–90%2,5. Gli sforzi per ridurre le perdite post-raccolto avrebbero un impatto significativo e migliorerebbero la disponibilità e l’approvvigionamento alimentare rispetto alle limitazioni e alle sfide per aumentare la produzione alimentare2,6.

Il punteruolo del riso Sitophilus oryzae (L.) (Coleoptera: Curculionidae) è uno degli insetti nocivi più importanti del grano immagazzinato e di altri cereali in tutto il mondo5,7. Si tratta di un insetto primario dei cereali immagazzinati che attacca i cereali integrali e provoca perdite significative di cereali7,8. L'attività alimentare di S. oryzae porta a un'infestazione secondaria di parassiti, malattie fungine e deterioramento dei cereali7,8. Il punteruolo del riso maturo cresce da 3 a 4 mm di lunghezza e le larve si nutrono all'interno del chicco di grano attraverso la sua fuga, creando caratteristici piccoli fori rotondi noti come danni da punteruolo9. Le uova vengono deposte sulla superficie del grano e il periodo di incubazione fino alla schiusa è di 2,62–5,85 giorni. Quando il cibo è disponibile, la longevità maschile è di 42,63–58,72 giorni e quella femminile è di 60,69–77,23 giorni8. Il tasso di fecondità femminile è di 53,60 uova/vita7. L'accelerazione della crescita del punteruolo del riso avviene a temperature di 25–30 \(^\circ\)C e 65–75% di umidità relativa (rh)7,8. La maggior parte degli ecosistemi di stoccaggio del grano hanno una temperatura e un’umidità relativa prossime alle condizioni favorevoli per la crescita del punteruolo del riso e di altri insetti, il che causa anche una vasta perdita di grano2,10.