project - EIP-AGRI Operational Group

Integrating preventive strategies and biological control to combat the brown marmorated stink bug
Strategie tecnologiche preventive e tecniche di difesa biologica per il contrasto alla cimice asiatica - Vindicta

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Objectives

H. halys, a phytophagous pest originating in East Asia, is causing significant economic damage to crops such as apple, pear, peach, soybean and corn, and environmental and social damages. The control means tested so far have shown limited efficacy and application problems. The spread of T. japonicus, a parasitoid native to the areas of origin of H. halys, seems to be a way to restore an acceptable balance. The aim of the project is to identify effective strategies for the containment of the stink bug, to broaden the knowledge of the insect and its ecological dynamics and to systematise the information collected to formulate possible scenarios/predictive models on its management in Emilia Romagna, IT. 

Objectives

H. halys, insetto fitofago originario dell’Asia orientale, causa ingenti danni economici su colture come melo, pero, pesco, soia e mais, oltre a danni ambientali e sociali. I mezzi di lotta finora testati hanno un’efficacia limitata e problematiche applicative. La diffusione di T. japonicus, parassitoide originario delle stesse zone, sembra una via per ristabilire un equilibrio accettabile. L’obiettivo del progetto è individuare strategie efficaci per il contenimento della cimice asiatica, ampliare le conoscenze sull’insetto e le sue dinamiche ecologiche e mettere a sistema le informazioni raccolte per formulare scenari/modelli predittivi sulla sua gestione e contrasto in Emilia Romagna.

Activities

The project will implement a management plan to combat the brown marmorated stink bug. The plan will  include: conventional monitoring actions integrated with new electronic and IT applications and new capture systems based on the integration of the aggregation pheromone with vibrational signals (Work Package 2); biological control actions (launches of the exotic antagonist T. japonicus) (Work Packages 1 and 4); interventions related to the enhancement of agrobiodiversity practices (Work Package 3); forecasting models (Work Package 3); and coaching and dissemination activities for farmers and citizens. 

Activities

Il progetto metterà in atto un piano di contrasto alla cimice asiatica che prevede: l’implementazione di azioni di monitoraggio convenzionale integrate con nuove applicazioni elettroniche ed informatiche e nuovi sistemi di cattura basati sull’integrazione del feromone di aggregazione con segnali vibrazionali (Azione 2); azioni di lotta biologica (lanci dell’antagonista esotico T. japonicus) (Azioni 1 e 4); l’implementazione di interventi connessi alla valorizzazione di pratiche di agrobiodiversità (Azione 3); l’utilizzo di modelli previsionali (Azione 3); e attività di formazione e divulgazione per le aziende agricole e i cittadini. 

Context

Alongside positive economic-social and cultural effects, globalization also has negative consequences including the introduction of new alien species. This phenomenon is among the major risk factors for human health, the environment and agriculture. A recent example of a biological invasion is that of the brown marmorated stink bug, H. halys, from East Asia. Out of its natural habitat, it has become the key phytophagous in numerous agro-ecosystems causing significant economic, environmental and social damages. According to CSO Italy and Coldiretti data, the damages by H. halys in 2019 affected approx 48K Italian companies with a loss of over 588M euros in Northern Italy, of which almost half in ER. H. halys can infest over 300 cultivated and spontaneous species while maintaining a high reproductive potential. The means of control used so far, including insecticides, mass-catching systems and physical barriers (nets), have shown limited efficacy.In Asia, H. halys is attacked by the egg parasitoids T. japonicus, identified as the most effective biocontroller, with parasitism levels ranging from 50 to 90%. T. japonicus, or samurai wasp, is a non-aggressive hymenoptera of less than a millimeter in size. Recently, its presence has also been reported in Italy. Also the presence of native antagonists of H. halys was reported in IT, which so far have shown a very low level of efficiency. Since T. japonicus is an alien species, it was necessary to establish whether it constituted a risk for the environment, ecological balance or for useful native insects. On 31/3/2020, the  implementing decree of the Presidential Decree 102/2019 was approved, which allows the use of the non-native antagonist.

Additional information

The project includes a work package (WP) for coaching activities under Measure 2 of the RDP of Emilia Romagna, IT. This WP is aimed at transfering practical knowledge on the monitoring and containment of the brown marmorated stink bug to participating farmers.

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014IT06RDRP003 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Emilia-Romagna
Location
Main geographical location
Parma

€ 327117.56

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

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5 Practice Abstracts

WP 5 will verify that the methods of approach used can be implemented in reality in a way that is not only effective but also efficient and therefore sustainable. This validation process will be implemented in a concrete way through a co-creation process with farmers, starting from partner companies and possibly extending the interaction to others (5-10 companies) outside, which will be involved in the event of interest to evaluate operational aspects in contexts different from those in which the partners operate. A questionnaire will be administered on the interest in using integrated management plans and on the potential problems glimpsed regarding their implementation: the compilation and analysis of these questionnaires, through in-depth interviews, will result in the structuring of a SWOT analysis. This questionnaire will be administered early in the project so that it can guide the actions of the same, but will be repeated approximately one year after, when you can not just talk of a "concept" of possible intervention, but also validate some concrete hypotheses, and 2-3 months from the end of the project, for a conclusive reflection on the results.

The interaction with the partners will also be continuous on other fronts, because for the economic evaluation of the interventions it will be crucial that they can be monitored, chosen by choice, time, means, criticality.

L'Azione 5 verificherà che le modalità di approccio impiegate possano essere implementate nella realtà in modo non solo efficace ma anche efficiente e quindi sostenibile. Questo processo di validazione sarà attuato in modo concreto tramite un processo di co-progettazione con gli agricoltori, a partire dalle aziende partner ed eventualmente estendendo l’interazione anche ad altre (5-10 aziende) esterne, che saranno coinvolte nel caso risulti d’interesse valutare aspetti operativi in contesti diversi rispetto a quelli in cui operano i partner. Sarà somministrato un questionario sull’interesse ad impiegare piani di gestione integrata e sulle potenziali problematiche intraviste riguardo alla loro implementazione: la compilazione ed analisi di tali questionari, mediante interviste in profondità, sfocerà nella strutturazione di un’analisi SWOT. Tale questionario sarà somministrato nella fase iniziale del progetto, affinché possa guidare le azioni dello stesso, ma sarà ripetuta anche a circa un anno di distanza dal suo avvio, quando sarà possibile non solo parlare di un “concetto” di possibile intervento, ma anche validare alcune ipotesi concrete, e a 2-3 mesi dalla fine del progetto, per una riflessione conclusiva sui risultati. 

L’interazione con i partner sarà continuativa anche su altri fronti, perché ai fini della valutazione economica degli interventi sarà cruciale che si possano monitorare, scelta per scelta, tempi, mezzi, criticità.

WP 4 will verify the possibility of establishing a persistent population of T. japonicus, the natural antagonist of H. halys, in Emilia-Romagna agricultural environments and specifically near the fruit plants of the companies involved in the project. For this purpose, in the first year of the project, a known number of specimens of T. japonicus, bred during WP 1 will be released. In order to evaluate the redistribution and impact of the released T. japonicus populations, the chosen sites will be analyzed in the pre-release phase a few days before the launch of the parasitoids. To obtain the maximum effectiveness of the launches, these will take place within natural areas, groves, hedges or in any case in areas with total absence of treatments, including the green areas adjacent to the buildings, in which T. japonicus can find the best environmental conditions for its multiplication (greater presence of H. halys ovations) and spatial diffusion. Post-release checks will be carried out from August until early October, on a weekly basis. The monitoring will be repeated the following year, in the same way, starting from April / May. At each inspection (1h), all the identified H. halys ovaries will be collected (both hatched and still to be hatched); the unhatched ovations will be placed in the laboratory separately into containers; after 20 days, the regularly hatched eggs and those that died from parasitization or other causes of mortality will be counted.

L'Azione 4 verificherà la possibilità di insediare T. japonicus, antagonista naturale di H. halys, in ambienti agricoli emiliano-romagnoli e specificatamente in prossimità degli impianti frutticoli delle aziende coinvolte nel progetto. A tale scopo, il primo anno di progetto, si provvederà al rilascio in ambiente idoneo di esemplari di T. japonicus, allevati nel corso dell’Azione 1. Al fine di valutare la redistribuzione e l’impatto delle popolazioni di T. japonicus rilasciato, i siti prescelti saranno analizzati in fase di pre-rilascio pochi giorni prima del lancio dei parassitoidi. Per ottenere la massima efficacia dei lanci, questi avverranno all’interno di aree naturali, boschetti, siepi o comunque in zone con totale assenza di trattamenti, comprese le aree verdi adiacenti gli edifici, in cui T. japonicus possa trovare le migliori condizioni ambientali per la sua moltiplicazione (maggiore presenza di ovature di cimice) e diffusione spaziale. I controlli post-rilascio saranno effettuati a partire da agosto fino ai primi di ottobre, con cadenza settimanale. I monitoraggi saranno ripetuti l’anno successivo, con le stesse modalità, partendo dal mese di aprile/maggio. Ad ogni ispezione (1h) si raccoglieranno tutte le ovature di cimice asiatica individuate (sia quelle schiuse che ancora da schiudere); le ovature non schiuse saranno poste in allevamento in laboratorio separate singolarmente in contenitori; dopo 20 giorni verrà effettuato il conteggio delle uova regolarmente schiuse e di quelle morte per parassitizzazione o altre cause di mortalità.

WP 3 aims to evaluate in a quantitative and qualitative way the influence of the structure of the agricultural landscape on the dispersion and life behavior of T. japonicus and other possible parasitoids of H.halys eggs present in the study area. The planned activities are: - mapping the crops and habitats of the territorial context chosen at the partner farms; - sowing, at some farms, perennial flowery strips with mixtures functional to the foraging of parasitoids; - space-time survey of the phenology of the main blooms in the area considered by the study at some farms; - "landscape ecology" software development and modeling of the dispersion of the samurai wasp with Chloé and GRAPHAB open-source software, which allow to analyze the adaptation of the wasp to the company territory and thus rationalize the launches; - non-invasive photographic survey of H.halys ovations to test a participatory method (by farmers) of data collection to enhance software analysis and verify simulations; - analysis of the interest of partner farmers in the practices of enhancing functional biodiversity through a questionnaire useful for the SWOT analysis carried out in Action 5.

L’azione 3 si propone di valutare in maniera quantitativa e qualitativa l’influenza della struttura del paesaggio agricolo sulla dispersione e sul comportamento di vita di T. japonicus e degli altri eventuali parassitoidi di uova di cimice asiatica presenti nell’area di studio. Le attività previste sono: - cartografare le coltivazioni e gli habitat del contesto territoriale scelto presso le aziende agricole partner;  - installare, presso alcune aziende agricole, strisce fiorite perenni con miscele funzionali al foraging dei parassitoidi; - survey spazio-temporale della fenologia delle principali fioriture dell’area considerata dallo studio presso alcune aziende agricole; - elaborazione software di “landscape ecology” e modellazione della dispersione della vespa samurai con software open-source Chloé e GRAPHAB, che consentono di analizzare l’adattamento della vespa al territorio aziendale e quindi razionalizzare i lanci; - survey fotografico non invasivo delle ovature di cimice asiatica  per testare una modalità partecipata (dagli agricoltori) di raccolta dati per potenziare l’analisi dei software e verificare le simulazioni; - analisi dell’interesse degli agricoltori partner verso le pratiche di potenziamento della biodiversità funzionale mediante questionario utile alla analisi SWOT effettuata nell’Azione 5.

WP 2 will prepare an accurate monitoring campaign aimed at controlling  the presence, abundance and spatio-temporal distribution of the brown marmorated stink bug within the chosen areas and verifying the possible presence and degree of diffusion of its natural antagonist (T. japonicus), bred in WP 1 and released during the launch program of WP 4. In order to increase the capture performance in relation to the time of management, maintenance and collection of information, commercial and prototype traps will be used, exploiting different technologies and principles.

This will provide the first useful indications in the more general framework of insect management. The traps used will be of the following type: conventional (glued panels) with aggregation pheromone, electronic, with aggregation pheromone and vibrations. A fourth information collection system will also be joined, the BugsMAp application, a "Citizen Science" application developed by FEM researchers that allows to report and geolocalize the presence of the bug.

L’Azione 2 predisporrà un’accurata campagna di monitoraggi atti a controllare da un lato la presenza, l’abbondanza e la distribuzione spazio-temporale della cimice asiatica all’interno delle aree prescelte e dall’altro verificare l’eventuale presenza e grado di diffusione, in sostanza l’efficacia di parassitismo del suo antagonista naturale (T. japonicus), allevato nel corso dell’Azione 1, e rilasciato nel corso del programma di lanci dell’Azione 4. Nell’ottica di aumentare le performance di cattura dell’insetto in relazione anche ai tempi di gestione, manutenzione e raccolta delle informazioni, verranno utilizzate trappole, sia commerciali sia prototipali che sfruttano differenti tecnologie e principi.

Questo fornirà le prime utili indicazioni nel quadro più generale della gestione dell’insetto. Le trappole utilizzate saranno di tipo: convenzionale (pannelli collati) con ferormone di aggregazione, elettronico, con ferormone di aggregazione e vibrazioni. Verrà inoltre affiancato un quarto sistema di raccolta informazioni, l'applicazione informatica BugsMAp, un applicativo di “Citizen Science” sviluppato dai ricercatori di FEM che consente di segnalare e geolocalizzare la presenza della cimice asiatica.

WP 1 will deal with the mass breeding of T. japonicus. The breeding has, as essential prerequisite, the use of large numbers of the red marmorated stink bug ovats as substrate, hence the need to organize also a mass breeding of it. To optimize the production of the host and the production of the parasitoid, the breeding will be maintained in laboratory conditions that reproduce the summer temperature and photoperiod parameters thus avoiding the entry of the insect into the winter reproductive diapause. In this way, a continuous production of eggs will be guaranteed, some of which will be stored in the freezer at -80 ° C for subsequent uses. A continuous supply of wild bedbugs will be obtained by placing commercial traps and those developed during the project, especially by exploiting the pre-winter aggregation phase during which both insect sexes are particularly sensitive to the stimulation of the aggregation pheromone.

L'Azione 1 si occuperà dell'allevamento massale di T. japonicus. L'allevamento ha come prerequisito essenziale l’utilizzo di elevati numeri di ovature di cimice asiatica come substrato, da cui la necessità di organizzare anche un allevamento massale di cimice. Per ottimizzare la produzione dell’ospite e la produzione del parassitoide, l’allevamento sarà mantenuto in condizioni di laboratorio che riproducano i parametri estivi di temperatura e fotoperiodo evitando così l’ingresso dell’insetto in diapausa riproduttiva invernale. In questo modo sarà garantita una produzione continua di uova, una parte delle quali sarà conservata in congelatore a -80°C per gli utilizzi successivi. Un continuo apporto di cimici selvatiche sarà ottenuto dal posizionamento di trappole commerciali e di quelle sviluppate durante il progetto, sfruttando soprattutto la fase di aggregazione pre-svernamento durante la quale entrambi i sessi dell’insetto sono particolarmente sensibili allo stimolo del feromone di aggregazione.

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Contacts

Project coordinator

  • Azienda Agraria Sperimentale Stuard

    Project coordinator

Project partners

  • Arvaia Società Cooperativa

    Project partner

  • Azienda Agricola Innocenti Oddo

    Project partner

  • Azienda Agricola Magli Tonino

    Project partner

  • Azienda Agricola Praconi

    Project partner

  • Azienda Agricola Toderici Lilia

    Project partner

  • Fondazione Edmund Mach

    Project partner

  • Open Fields srl

    Project partner

  • Società Agricola Bindon

    Project partner

  • Società Agricola F.lli Ognibene

    Project partner

  • Società Agricola Santerini Aldo e Annunzio

    Project partner