Mathematical Models for Pest Monitoring in Kuwait

"أحد أهم المحاصيل الرئيسية التي تنمو في الكويت هو نخيل التمر. حدد المعهد الكويتي للأبحاث العلمية أن قطاع التمر والنخيل يواجه العديد من التحديات التي تتطلب تطوير أساليب حماية جديدة. إن أحد النقاط المحورية لبرنامج الزراعة الصحراوية والنظم البيئية في المعهد هو تحسين إنتاج التمور. وقد تم الإبلاغ عن العديد من أنواع المفصليات بأنها آفات من نخيل البلح، لكن سوسة النخيل الحمراء (Rhynchophorus ferrugineus) (RPW) معروفة بأنها واحدة من أكثر الآفات تدميرا والتي تهاجم على وجه التحديد التمور وانتاج جوز الهند وأشجار النخيل. لإلقاء الضوء على إلحاح القضية، كما حدث في عام 2017 ، اجتمعت السلطات الكويتية إلى جانب منظمة الأغذية والزراعة التابعة للأمم المتحدة لمناقشة خطة عمل دولية لوقف انتشار RPW . وبشكل أعم و على نطاق عالمي، بذلت جهود كبيرة لإدارة ومراقبة آفات المفصليات لنخيل التمر، بهدف السيطرة على فاشيات الآفات وضمان بقاء التعداد في مستويات ضارة. في حالة البرامج المتكاملة لإدارة الآفات (IPM)، تتم مراقبة التعداد لتحديد ما إذا كان ينبغي تطبيق إجراء تحكم معين، على سبيل المثال، تطبيق مبيدات الآفات أو بعض أنواع المكافحة البيولوجية.
يتم تثبيت المصائد المسقطة في الحقل للحصول على عدد المصائد، وهذه هي بالضبط تلك الأعداد التي يتم استخدامها بعد ذلك لتقدير الحجم الإجمالي لتعداد الحشرات في مواقع المصائد. معظم الدراسات )خاصة في منطقة الخليج( تعتمد على النموذج التجريبي حيث يتم الحصول على أعداد المصائد من خلال التجارب الميدانية أو المخبرية.
نقترح نهجًا بديلا وتكميليًا لفهم ديناميكيات الآفة بشكل أفضل، وهو من وجهة النظر النظرية من خلال النمذجة الرياضية والمحاكاة. من المعروف جيد اً أن تشتت الحشرات قد تم تصميمه بنجاح بواسطة نماذج المجال المتوسط من خلال عمليات الانتشار. على المستوى الفردي، يتم استخدام نظرية المشي العشوائي لتحديد أنماط الحركة الأساسية. أمثلة من الأساليب البسيطة السابقة لحركة الحشرات تشمل الحركة البراونية (BM) والمشي العشوائي المترابط (CRW). بالإضافة إلى ذلك، يمكن للنمذجة الفردية من خلال المحاكاة أن تكون فعالة بشكل خاص. المحاكاة فعالة من حيث التكلفة، ومن السهل تكرارها، وغالبًا ما يمكن البحث عن معلومات بديلة يكون من الصعب عادة الحصول عليها بخلاف ذلك. في هذا المشروع، نهدف إلى تطوير نماذج رياضية للمساعدة في فهم تفسيرات عدد المصائد بشكل أفضل والتي يمكن أن توفر حلولا أفضل مستنيرة لمشاكل الآفات."

"A major crop grown in Kuwait is the date palm (Phoenix dactylifera L). The Kuwait institute for Scientific Research (KISR) have identified that the dates and palm sector is facing several challenges that urgently require development of new protection methods. One of the focal points of the ‘Desert Agriculture and Ecosystems Program’ at KISR is to improve date production. Several arthropod species have been reported to be pests of date palm, but the Red palm weevil (Rhynchophorus ferrugineus) (RPW) is known to be one of the most destructive pests - that specifically attacks date and coconut producing palms and ornamental palms. To highlight the urgency of the issue, as recent as 2017, Kuwaiti authorities alongside the food and agriculture organization of the UN, met to discuss an international action plan to stop the spread of the RPW. More generally on a global scale, great efforts have been exerted to manage and monitor arthropod pests of date palms, with the objective of controlling pest outbreaks and to ensure that the population remains within damaging levels. In the case of integrated pest management programmes (IPM), populations are monitored to determine whether a certain control action should be applied e.g. pesticide application or some type of biological control.
Pitfall traps are installed in the field to obtain trap counts, and it is precisely these counts that are then used to estimate the total insect population size at trap locations. Most of the studies (particularly in the gulf region) are empirical based where trap counts are obtained through field or laboratory experiments.
We propose that an alternative and complimentary approach to better understand pest dynamics, is from a theoretical standpoint through mathematical modelling and simulations. Insect dispersal is well known to be successfully modelled by mean-field models through diffusion processes. On the individual level, random walk theory is used to identify the underlying movement patterns. Examples of previous simple approaches for insect movement include Brownian motion (BM) and the Correlated random walk (CRW). In addition, individual based modelling through simulations can be particularly effective. Simulations are cost effective, easy to replicate, and often alternative information can be sought that normally would be difficult to obtain otherwise. In this project, we aim to develop mathematical models to help better understand trap count interpretations which can provide better informed solutions for pest problems."