Modelado de la distribución espacial del riesgo de establecimiento y dispersión potencial de especies de insectos de importancia cuarentenaria en Argentina

• Autores: Heit, Guillermo
• Año de publicación: 2016
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Sione, Walter
• Materia: Especies invasoras; Plagas cuarentenarias; Análisis de riesgo; Modelos de distribución de especies
• Institución: Universidad Nacional de Luján

Fil: Heit, Guillermo. Universidad Nacional de Luján. Departamento de Ciencias Básicas
La agricultura, las actividades forestales, el comercio y otras actividades humanas tienen un rol determinante en la dispersión voluntaria o accidental de especies, hacia áreas que éstas no podrían alcanzar sin la asistencia del hombre. Es por ello que todos los países del mundo realizan grandes esfuerzos para evitar la dispersión de plagas, regulando la condición fitosanitaria de los productos y/o subproductos de origen vegetal comercializados a nivel global. Tradicionalmente, los programas de cuarentena vegetal han interpretado los posibles impactos que la distribución de una plaga exótica podría tener en área recién invadida, basado en decisiones cualitativas e intuitivas, realizando una simplificación del sistema. Sin embargo, dado que la probabilidad de establecimiento de una especie exótica en una nueva área es función de diversos factores, entre los que se puede remarcar la disponibilidad de hospedantes vegetales y la aptitud climática para el desarrollo y supervivencia de la especie. En tal sentido, la utilización de herramientas geomáticas puede proveer elementos eficientes para mejorar la cuantificación del riesgo de establecimiento potencial de plagas exóticas y/o cuarentenarias en una nueva región geográfica. El objetivo de este trabajo fue desarrollar metodologías de análisis espacial cuantitativo para la estimación del riesgo de establecimiento de insectos exóticos de importancia cuarentenaria en Argentina. Para ello se recopiló y estandarizó una base de datos ráster, sobre variables climáticas históricas y de potenciales escenarios de cambio climático, de cobertura vegetal y otros datos territoriales, para ser utilizadas en la determinación de potenciales áreas de establecimiento de insectos exóticos ausentes de Argentina. Se puso especial énfasis en el desarrollo una base de datos en formato ráster de la temperatura máxima, media, mínima y precipitación diaria de la Argentina, a partir de los registros obtenidos de las estaciones meteorológicas del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) y del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA), a resoluciones de 2 y 4 km. Se recopiló y estandarizó información sobre la biología, características agronómicas indeseables y distribución geográfica de 133 especies del orden Coleoptera, 61 especies del orden Diptera, 78 para el orden Hemiptera, 41 para el orden Hymenoptera y 18 especies del orden Thysanóptera. Se desarrolló el Sistema de Puntuación del Riesgo Fitosanitario de Insectos Exóticos (PRIE), que tuvo como base conceptual y metodológica de The Weed Risk Assessment system (WRA), desarrollado por la ONPF del gobierno de Australia y que fue adoptado posteriormente por Nueva Zelanda. El mismo se generó como una guía de 49 preguntas divididas en dos áreas temáticas generales: Historia/Biogeografía y Biología/Ecología; y ocho sub-áreas específicas, a ser: 1. Biogeografía; 2. Características de la especie; 3. Condición fitosanitaria; 4. Caracteres indeseables; 5. Tipo de plaga; 6. Reproducción/Multiplicación; 7. Dispersión; 8. Adaptabilidad. Los porcentajes de discriminación obtenidos preliminarmente por PRIE, son similares a los hallados mediante el WRA. El 34,4 % de las especies evaluadas en PRIE fueron clasificadas como de alto riesgo; el 42,2 % como de riesgo moderado y requerirían una evaluación más profunda mediante un Análisi de Riesgo de Plagas, y el 23,4 % restante, como de bajo riesgo. Se propone a PRIE como un sistema de puntuación explícito de atributos biológicos, agro-ecológicos y de biogeografía, que puede ser empleado como una herramienta de bioseguridad útil para detectar especies de insectos potencialmente invasores para Argentina, de forma complementaria, no sustitutiva, del análisis de riesgo de plagas o como una herramienta de preselección de especies candidatas a la realización de un Análisis de Riesgo de Plagas por especie, a fin de facilitar la actualización permanente del listado de plagas cuarentenarias de Argentina. Mediante el empleo de herramientas geomáticas y el análisis de casos tipo, se desarrollaron metodologías de análisis que permitieron la estimación de áreas con riesgo de establecimiento potencial de insectos exóticos de importancia cuarentenaria para la República Argentina. Como caso de estudio, Lobesia botrana (Lepidoptera: Tortricidae), es la especie que mayor atención ha recibido en este trabajo de tesis, porque al ser una plaga cuarentenaria presente con distribución restringida y bajo control oficial, permitió la realización de modelos deductivos y su correspondiente validación. Se evaluaron diferentes modelos de distribución potencial de especies (MDE) y se simuló su fenología. La estimación de la distribución potencial de L. botrana realizada mediante el algoritmo de Máxima Entropía tendió a sobreajustar la distribución potencial de la especie al área de detección inicial de la misma; mientras que el modelo deductivo permitió lograr una clasificación más integral de su riesgo de establecimiento en las diferentes áreas vitivinícolas del país. Dado que no existían a modelos de predicción termo-dependientes que estimaran la fenología de L. botrana en Argentina, se comparó la aplicabilidad de diferentes modelos predictivos de regresión no lineales a la estimación del voltinismo de L. botrana a escala regional, a fin de apoyar las estrategias vigilancia fitosanitaria y erradicación de la especie en Argentina. Mediante la comparación de diferentes modelos de regresión no lineal, se logró obtener una serie de ecuaciones que describen gran parte de la variabilidad observada en los patrones de vuelo de adultos de L. botrana en el área cuarentenada. Basado en los resultados obtenidos puede esperarse que considerando una Tb de 7°C y como BIOFIX el 1 de julio, la emergencia del 50% de los adultos del primer vuelo de L. botrana ocurra a los 444°Cd; en el segundo vuelo a los 1212°Cd; mientras que en el tercer y cuarto vuelo, cuando la acumulación de grados día alcancen los valores de 2078°Cd y 2905°Cd, respectivamente. Por lo tanto, los modelos deductivos generados sobre la base de ecuaciones validadas en la región mediterránea, fallaron en estimar el cuarto vuelo anual observado en el área cuarentenada. Este trabajo de tesis representa uno de los primeros ejemplos de construcción de un modelo que describa el voltinismo de una especie a nivel regional. Como análisis de caso tipo de una especie univoltina, se seleccionó a Lymantria dispar (Lepidoptera: Lymantriidae), que es un insecto defoliador de plantaciones forestales y bosques nativos. Mediante diferentes enfoques metodológicos se lograron delimitar áreas de riesgo diferencial para el potencial establecimiento de L. dispar en Sudamérica, en general y Argentina, en particular. Si bien existieron diferencias significativas en la estimación de la superficie considerada en riesgo, ambos enfoques lograron identificar geográficamente las principales coberturas boscosas/forestales de argentina con mayor riesgo fitosanitario. En Argentina, las coberturas boscosas/forestales identificadas como bioclimáticamente riesgosas fueron las más distantes a los probables sitios de ingreso de la plaga, mientras que los rodales cercanos a las principales zonas portuarias argentinas, fueron clasificados como de riesgo climático moderado a bajo. Posteriormente se comparó el desempeño de los criterios de clasificación nítidos y difusos, en la construcción de modelos deductivos de distribución potencial de insectos exóticos. Para ello, basado en los resultados del PRIE, se seleccionaron al azar tres especies de insectos exóticos factibles de ser estudiados mediante un análisis deductivo de distribución geográfica potencial. Las especies seleccionadas fueron: Anasa tristis (Hemiptera: Coreidae), Bactrocera oleae (Diptera: Tephritidae) y Cerotoma arcuatus (Coleoptera: Chrysomelidae). Considerando los análisis de caso evaluados y el tipo de variables utilizadas en los modelos, el criterio de clasificación nítido fue el que demostró una mayor sensibilidad, es decir, el que presentó mayores cambios relativos en los resultados del modelo, ante variaciones sistemáticas en los rangos de clasificación de las variables de ingreso al sistema. En tal sentido, el criterio de clasificación nítido tendría una mayor capacidad de discriminar áreas con diferentes perfiles de riesgo ambiental, mientras que los criterios de clasificación difusa serían más robustos y menos conservativos en la determinación de áreas de riesgo fitosanitario potencial. El impacto del cambio climático en la distribución potencial de especies fue evaluado mediante un MDE deductivo, para el que fue tomado como caso de estudio a L. dispar, y un análisis de comparación climática, tomando a HLB como caso de estudio. Considerando las estimaciones del Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), en el escenario SERES A1B, los efectos del cambio climático provocarían un incremento significativo de la superficie de Sudamérica ocupada con plantaciones forestales y bosques nativos con condiciones desfavorables para el establecimiento de L. dispar. Aunque también se prevé un leve aumento de la superficie considerada de elevado riesgo de establecimiento, junto con un desplazamiento del área susceptible hacia zonas con mayor altitud y menor temperatura media anual. Dado que el factor que más contribuye a explicar los patrones de distribución actual de L. dispar a nivel mundial es la temperatura mínima anual, la reducción de la superficie bioclimáticamente óptima para el establecimiento de L. dispar en Sudamérica, es coherente con los aumentos en la temperatura media global estimada por el IPCC para las próximas décadas. El análisis de riesgo climático de HLB en Sudamérica, se realizó mediante el empleo de una técnica de comparación climática basada en el Análisis de Componentes Principales y cuatro algoritmos de MDE correlativos: Generalized linear model, Maximum Entropy, Support Vector Machine y Back propagation artificial neural network. En todos los casos se utilizaron las estadísticas climáticas históricas y el escenario climático mensual estimado para Sudamérica por el Quinto Informe de Evaluación del IPCC para las décadas del 2050 y el 2070, sobre la base del escenario RCP 2,6 y el modelo HadGEM2-ES. Si bien los modelos difirieron significativamente en la estimación de la distribución potencial de HLB en Sudamérica, todos los modelos concordaron en estimar que los sitios con un riesgo epidemiológico similar al de las áreas de Brasil donde la enfermedad se ha establecido y dispersado rápidamente, se distribuirían en el sur de Brasil, sudeste de Paraguay, región Noreste y zona oriental de la región Noroeste de Argentina y el centro-sur de Bolivia. Según las estimaciones del quinto informe del IPCC y considerando la Vía de Concentración Representativa 2,6, los efectos del cambio climático determinarían que a futuro, las áreas de elevado riesgo climático para el establecimiento de HLB, se desplazarían hacia el sudoeste de las áreas consideradas de mayor riesgo climático en la actualidad. La comparación de diferentes MDE mediante la generación de un modelo de consenso, puede aportar información complementaria para la toma de decisiones. Si bien las Normas Internacionales para Medidas Fitosanitarias brindan los lineamientos generales para el análisis de riesgo cualitativo de plagas, el empleo de metodologías más objetivas puede auxiliar la justificación de las medidas de cuarentena adoptadas contra la importación de un determinado producto, de manera científica y transparente, mejorando la gestión del riesgo no sólo fronteras afuera, sino fronteras adentro. En este último caso, el auxilio que la geomática puede brindar a las acciones de Vigilancia Fitosanitaria oficial es muy importante, dado que en las etapas iniciales del proceso de invasión de una especie exótica a una nueva región, las poblaciones de la especie inmigrante suelen estar espacialmente dispersas y en baja densidad poblacional, haciéndolas difíciles de localizar oportunamente mediante las prácticas habituales de vigilancia fitosanitaria. Debido a la complejidad y diversidad de las interacciones existentes entre una especie exótica invasora, el clima y la distribución de hospederos susceptibles, la identificación de ambientes en riesgo de ser invadidos podría hacer más eficiente la planificación de tareas de prevención fitosanitaria y la determinación de la intensidad de monitoreo, según áreas de riesgo. Por otro lado, dada la incertidumbre asociada a las estimaciones del cambio climático, en este trabajo de tesis se propuso un esquema de análisis muy simple, que no intentó explicar la complejidad inherente a la enorme variedad de cambios asociados a las posibles interacciones entre los numerosos factores abióticos y abióticos que son proclives a cambiar, de forma simultánea, con el cambio climático. Por lo que las evaluaciones propuestas en esta tesis, deben considerarse como un acercamiento útil y mejorable, y como una herramienta aplicable a la estimación de los potenciales impactos del cambio climático en la distribución de las especies exóticas de importancia cuarenteria para Argentina.