Ecology and control of the alfalfa weevil (Hypera postica Gyllenhal)

Abstract

L'alfals és un dels cultius farratgers més valuosos a nivell mundial a les zones de clima temperat. La cuca verda de l'alfals (Hypera postica Gyllenhal) (Coleoptera: Curculionidae) és una plaga de l’alfals d’origen euroasiàtic. El dany que causa redueix el rendiment i la qualitat del farratge. Tot i el seu origen, es disposa de molt poca informació científica sobre la seva ecologia i control en les condicions de cultiu europees. Aquesta tesi contribueix a aquest coneixement en condicions mediterrànies a la conca de l’Ebre, una de les principals regions productores d’alfals a Europa. Específicament, es va avaluar: (1) l'efecte de la temperatura en la fitness de l'insecte per poder establir-ne el cicle biològic anual a la regió; (2) l'eficàcia d'un tall hivernal com a mètode de control cultural preventiu i més sostenible que l'ús d'insecticides; (3) la presència del seu principal enemic natural, els parasitoides larvaris del gènere Bathyplectes spp. (Hymenoptera: Ichneumonidae), i les seves taxes de parasitisme; i (4) la influència del paisatge circumdant i les característiques del propi camp en l'abundància de H. postica i dels seus enemics naturals. La temperatura és un factor determinant per a l'activitat dels insectes i es pot fer servir per predir el seu èxit. La fitness de la cuca verda es va determinar a vuit temperatures constants (8–36 °C) utilitzant taules de vida i models per a la descripció de les taxes de desenvolupament. Aquest estudi va permetre predir la fenologia de la plaga, tenint en compte els requeriments tèrmics per al desenvolupament i el fotoperíode a la regió d'estudi. La predicció es va validar amb dades de camp , cosa que va revelar que no són possibles més de dues generacions en un cicle anual. En un cas hipotètic on les temperatures mitjanes augmentessin a causa de l'escalfament global, el nombre de generacions no canviaria. Es va determinar l'efectivitat d'un tall hivernal, per reduir les poblacions de la cuca verda a la primavera i la interacció amb les taxes de parasitisme, en 42 camps comercials en el període 2019-2020, els quals van ser dividits en dues parts i una segada a mig hivern. Cada part del camp va ser mostrejat amb mànega entomològica a la primavera abans del primer tall comercial, quan el dany es concentra, i es va enregistrar l'abundància de larves. El mètode va reduir significativament les poblacions primaverals i va afavorir la taxa de parasitisme larvari. Els resultats suggereixen que aquest mètode es pot incloure als programes de control integrat de la plaga. Es van dissenyar dos parells d'encebadors per identificar per PCR la presència dels parasitoides larvaris Bathyplectes curculionis i Bathyplectes anura. Les taxes de parasitisme obtingudes pel mètode molecular es van comparar amb les obtingudes per mètodes de cria convencional. El mètode molecular va detectar majors taxes de parasitisme de les dues espècies de parasitoides. Ambdós mètodes, però, s'han d'utilitzar en paral·lel en avaluar el sistema hoste-parasitoide, ja que només els mètodes convencionals poden confirmar el parasitisme efectiu o la presència d'espècies inesperades. Per primera vegada s’ha avaluat, en 65 camps comercials d'alfals mostrejats durant el període 2018-2020, l'efecte de la composició del paisatge en cercles concèntrics de 250, 500 i 1000 m de radi en l'abundància de H. postica i els seus enemics naturals principals. L'abundància de H. postica i Bathyplectes spp. van dependre majoritàriament de les característiques del propi camp d'alfals i poc de la composició del paisatge. Tot i això, l'abundància de C. septempunctata, un depredador ocasional de la cuca verda, es va veure afectada positivament per l'àrea de cobertura de cereals d'hivern.

La alfalfa es uno de los cultivos forrajeros más valiosos a nivel mundial en las zonas de clima templado. El gusano verde (Hypera postica Gyllenhal) (Coleoptera: Curculionidae) es una plaga de la alfalfa de origen euroasiático. El daño causado reduce el rendimiento y la calidad del forraje. A pesar de su origen, se dispone de muy poca información científica sobre su ecología y control en las condiciones de cultivo europeas. Esta tesis contribuye a aumentar este conocimiento en condiciones mediterráneas en la cuenca del Ebro, una de las principales regiones productoras de alfalfa en Europa. Específicamente, se ha evaluado: (1) el efecto de la temperatura en la fitness del insecto para poder establecer su ciclo biológico anual en la región; (2) la eficacia de un corte invernal como método de control cultural preventivo y más sostenible que el uso de insecticidas; (3) la presencia de su principal enemigo natural, los parasitoides larvarios del género Bathyplectes spp. (Hymenoptera: Ichneumonidae), y sus tasas de parasitismo; y (4) la influencia del paisaje circundante y las características del propio campo en la abundancia de H. postica y de sus enemigos naturales. La temperatura es un factor determinante para la actividad de los insectos y puede usarse para predecir su éxito. La fitness del gusano verde se determinó a ocho temperaturas constantes (8–36 °C) utilizando modelos para la descripción de las tasas de desarrollo y tablas de vida. Este estudio permitió predecir la fenología de la plaga teniendo en cuenta los requerimientos térmicos para su desarrollo y el fotoperiodo en la región de estudio. La predicción se validó con datos de campo, lo que reveló que no son posibles más de dos generaciones en un ciclo anual. En un caso hipotético donde las temperaturas medias aumentaran debido al calentamiento global, el número de generaciones no cambiaría. Se evaluó la efectividad de un corte invernal para reducir las poblaciones de gusano verde en primavera y su interacción con la tasa de parasitismo en 42 campos comerciales en el período 2019-2020, que fueron divididos en dos partes, una de las cuales fue segada a mediados de invierno. Cada parte del campo fue muestreada con manga entomológica en primavera antes del primer corte comercial de la alfalfa, cuando el daño se concentra, y se registró la abundancia de larvas. El método redujo significativamente las poblaciones primaverales y favoreció la tasa de parasitismo larvario. Los resultados sugieren que este método se puede incorporar en los programas de control integrado de la plaga. Se diseñaron dos pares de cebadores para identificar por PCR la presencia de los parasitoides larvarios Bathyplectes curculionis y Bathyplectes anura. Las tasas de parasitismo obtenidas por el método molecular se compararon con las obtenidas por métodos de cría convencional. El método molecular detectó mayores tasas de parasitismo de ambas especies de parasitoides. Sin embargo, ambos métodos deben usarse en paralelo al evaluar el sistema huésped-parasitoide, ya que solo los métodos convencionales pueden confirmar el parasitismo efectivo o la presencia de especies inesperadas. Por primera vez se ha evaluado, en 65 campos comerciales de alfalfa muestreados durante el período 2018-2020, el efecto de la composición del paisaje en círculos concéntricos de 250, 500 y 1000 m de radio sobre la abundancia de H. postica y sus principales enemigos naturales. La abundancia de H. postica y Bathyplectes spp. dependieron en su mayoría de las características del propio campo de alfalfa y poco de la composición del paisaje. Sin embargo, la abundancia de C. septempunctata, un depredador ocasional del gusano verde, se vio afectada positivamente por el área de cobertura de cereales de invierno.

Alfalfa is one of the most valuable forage crops worldwide in temperate climate zones of our globe. The alfalfa weevil (Hypera postica Gyllenhal) (Coleoptera: Curculionidae) is a very destructive Eurasian pest of alfalfa. The damage caused reduces forage yield and quality. Despite its origin, very little scientific information is available about its ecology and control in European crop conditions. This thesis contributes to improve this knowledge in Mediterranean conditions of the Ebro Basin, one of the main productive regions of alfalfa in Europe. Specifically, it has been evaluated: (1) the effect of temperature on the insect fitness in order to establish the yearly life cycle in the region; (2) the effectiveness of a winter alfalfa cutting as a preventive cultural and more sustainable control method than insecticide spraying; (3) the occurrence of its main associated natural enemy, the larval parasitoids of the genus Bathyplectes spp. (Hymenoptera: Ichneumonidae), and their rates of parasitism; and (4) the influence of the surrounding landscape and the own field characteristics on the abundance of H. postica and its natural enemies. Temperature is determinant for insect activity and can be used to predict their success. The fitness of the alfalfa weevil was determined at eight constant temperatures (8–36 °C) by using models for the description of temperature-dependent development rates and life tables. This study allowed predicting the phenology of this pest taking into account the thermal requirements for development and the day length in the study region. Prediction was validated with collected field data, revealing that no more than two generations are possible within an annual cycle. In a hypothetical case where average temperatures increase due to global warming, the number of generations would not change. The effectiveness of an alfalfa winter cutting for reducing populations in spring and its interaction with parasitism rate was determined in 42 commercial fields in 2019-2020, which were split in two parts and one was mowed in middle winter. Each part of the field was sampled by net-sweeping before the first alfalfa spring cutting, when damage is concentred, and the larval abundance was recorded. Winter cutting significantly reduced the spring populations and favoured the rate of larval parasitism. Results suggest that winter cutting can be integrated in pest management programs. Two pairs of primers were designed in order to identify by PCR Bathyplectes curculionis and Bathyplectes anura inside H. postica larvae. The rates of parasitism obtained by the molecular method were compared with those obtained by conventional rearing. The molecular method detected higher rates of parasitism of both parasitoid species. However, both methods should be used in parallel when evaluating host–parasitoid systems, since only rearing methods can confirm the effective parasitism or the presence of unexpected species. Evidences of the effect of landscape composition on the abundance of the alfalfa weevil and its main natural enemies have been, for the first time, provided by determining the landscape composition in 250, 500 and 1000 m buffer radii, of 65 commercial alfalfa fields sampled during 2018-2020. H. postica and Bathyplectes spp. abundances mostly depended on the characteristics of the own alfalfa field and few from the landscape composition. However, the abundance of C. septempunctata, an occasional predator of H. postica, was positively affected by the area of winter cereal cover.