Логарифмически амортизирующий температурный эффект для контролируемого обучения солнечной дезинсекции пшеницы от рисового долгоносика Sitophilus oryzae (Coleoptera: Curculionidae) с использованием пластиковых пакетов

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2655 (2023) Цитировать эту статью

712 Доступов

3 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой работе исследуется эффективность солнечного отопления с использованием прозрачных полиэтиленовых пакетов против рисового долгоносика Sitophilus oryzae (L.), который является одним из наиболее разрушительных насекомых-вредителей в отношении многих стратегических зерновых культур, таких как пшеница. В этой статье мы стремимся найти ключевые параметры, которые влияют на систему контроля нагрева против насекомых в хранящемся зерне, обеспечивая при этом сохранение качества зерна пшеницы. Мы предоставляем новый набор контрольных данных, в котором экспериментальные и экологические данные были собраны на основе полевых исследований летом в Канаде. Мы измеряем эффективность решения, используя новую формулу, описывающую влияние амортизирующей температуры на рисового долгоносика. Мы использовали различные модели машинного обучения, чтобы спрогнозировать эффективность нашего решения в достижении смертельного нагрева для насекомых-вредителей и, следовательно, измерить важность параметров. Производительность наших моделей машинного обучения была проверена с помощью 10-кратной перекрестной проверки, показавшей высокую точность 99,5% с полнотой 99,01%, точностью 100% и показателем F1 99,5%, полученным с помощью модели случайного леса. Наше экспериментальное исследование машинного обучения со значениями SHAP в качестве объяснимой апостериорной модели обеспечивает наилучшие условия и параметры окружающей среды, которые оказывают существенное влияние на дезинсекцию рисовых долгоносиков. Наши результаты показывают, что существует оптимальное количество зерна среднего размера при использовании солнечных мешков для термической дезинсекции насекомых при высоких температурах окружающей среды. Машинное обучение дает нам универсальную модель для прогнозирования смертельных температур, которые наиболее эффективны для уничтожения насекомых, хранящихся в зерне внутри прозрачных пластиковых пакетов. Используя эту мощную технологию, мы можем получить ценную информацию об оптимальных условиях для уничтожения этих вредителей. Наша модель позволяет прогнозировать, будет ли определенная комбинация параметров эффективной при лечении насекомых с помощью термоконтроля. Мы делаем наш набор данных общедоступным по лицензии Creative Commons, чтобы побудить исследователей использовать его в качестве ориентира для своих исследований.

По оценкам, население планеты в 2020 году составит около 7,8 миллиардов человек и, как ожидается, достигнет 9,8 миллиардов в 2050 году1,2,3,4. Таким образом, увеличение мирового производства зерна является ключевым фактором удовлетворения мировых потребностей в продовольствии. Ожидается, что в 2050 году производство и потребление продуктов питания вырастут примерно на 50–70%1,2,3. С другой стороны, послеуборочные потери наносят огромный ущерб общему производству продуктов питания, особенно в некоторых африканских странах, и приводят к потерям около 20–40%, что является значительной потерей по сравнению с низким уровнем производства продуктов питания в тех же странах2. Насекомые являются основной причиной повреждения зерна, а потери зерна оцениваются в 30–90%2,5. Усилия по сокращению послеуборочных потерь окажут значительное влияние и улучшат доступность продовольствия и его снабжение по сравнению с ограничениями и проблемами, связанными с увеличением производства продуктов питания2,6.

Рисовый долгоносик Sitophilus oryzae (L.) (Coleoptera: Curculionidae) является одним из наиболее опасных насекомых-вредителей хранимой пшеницы и других зерновых культур во всем мире5,7. Это основное насекомое, хранящееся на зерне, которое поражает цельное зерно и вызывает значительные потери зерна7,8. Кормовая деятельность S. oryzae приводит к вторичному заражению вредителями, грибковым заболеваниям и порче зерна7,8. Взрослый рисовый долгоносик вырастает до 3–4 мм в длину, а личинки питаются внутри ядра зерна через побеги, создавая характерные крошечные круглые отверстия, известные как повреждения долгоносика9. Яйца откладываются на поверхность зерна, инкубационный период до вылупления составляет 2,62–5,85 дня. При наличии пищи продолжительность жизни самцов составляет 42,63–58,72 дня, а самок – 60,69–77,23 дня8. Плодовитость самок составляет 53,60 яиц/жизнь7. Ускорение роста рисового долгоносика происходит при температуре 25–30 °С и относительной влажности 65–75% (отн.вл.)7,8. Большинство экосистем хранения зерна имеют температуру и относительную влажность, близкие к благоприятным условиям для роста рисового долгоносика и других насекомых, что также приводит к огромным потерям зерна2,10.