Detection and monitoring of invasive and native species of wood-boring beetles in a changing environment

Wood-boring insects are extremely important organisms because of their impact on forest ecosystems and on the economic value of forest products, wood in particular. Recent environmental modifications, linked to global climate change, lead to a variation in both distribution and impact of wood insects species in many forest areas. New trade pattern are added to this scenario, with an increase exchange of goods and their packaging, often wood-made, and with them an increase in risk of spreading wood insect species in new ecosystems. This work is based on trap monitoring of wood-boring beetles, mainly jewel beetles (Coleoptera: Buprestidae), Longhorn beetles (Coleoptera: Cerambyciadae), weevils (Coleoptera: Curculionidae) and bark beetles (Coleoptera: Curculionidae: Scolytinae), in order to evaluate the effect of climate, and in particular of temperature, on distribution and performance of some of the main species in the Alpine area. Furthermore, this works includes a study on the application of new monitoring tools based on the application of digital cameras remotely checked through the web, able to improve the early detection strategies for invasive species. A first study recalls the main wood-boring insect species invasive for Europe and their detection and monitoring techniques, and it is followed by the experimental trial of a new device for remote monitoring of wood-boring beetles. The second study concerns the distribution of wood-boring insects along an elevational gradient, considered as a spatial analogue of climate change, and it shows the positive effect of temperature on the abundance of most aggressive species against Norway spruce (Picea abies). The third study evaluates the effect of warm summer temperatures on the performance of Ips acuminatus, a bark beetle associated with Scots pine in the Alps, in the same season and between consecutive years. It shows that particularly high temperatures are likely to affect positively the population growth in the same season, but negatively the population growth of the following year. The fourth study presents an application of remote controlled photographic traps to the early detection of longhorn beetles belonging to the genus Monochamus spp., considered dangerous for being the vector of the pine wood nematode Bursaphelenchus xylophilus. Camera traps have been associated to a molecular analysis device for the species identification based on a technique named LAMP-PCR. The result is an integrated system able to focus the efforts of trap checking and field molecular analysis only to those traps showing the presence of the target species. To show the wide applicability of the new proposed technologies, at the end of this work is added a study carried on in New Zealand in which remote camera traps are applied to study the phenology of a stone fruit pest.

Gli insetti del legno sono organismi particolarmente importanti per il loro impatto sugli ecosistemi forestali e sul valore economico dei prodotti di tali ecosistemi. I recenti cambiamenti ambientali, collegati al cambiamento climatico globale, hanno portato a variazione nella distribuzione e nell’impatto delle specie di insetti del legno in molte aree forestali. A questo scenario si aggiunge un incremento delle merci trasportate in tutto il mondo e dei loro imballaggi, spesso di natura legnosa, e con essi aumenta il rischio di importazione di specie di insetti del legno in nuovi ecosistemi. Questo lavoro si basa sul monitoraggio tramite trappole di coleotteri del legno, principalmente Buprestidi (Coleoptera: Buprestidae), Cerambicidi (Coleoptera: Cerambycidae), Curculionidi (Coleoptera: Curculionidae) e Scolitidi (Coleoptera: Curculionidae: Scolytiane), al fine di valutare la presenza di specie invasive esotiche e l’effetto del clima, in particolare della temperatura, sulla distribuzione e sulla performance di alcune tra le principali specie più comuni dell’area Alpina. A questo si aggiunge uno studio sull’applicazione di nuove metodologie per il monitoraggio basate sull’utilizzo di telecamere digitali controllabili a distanza via web. Un primo studio richiama le principali specie di insetti del legno invasive per l’Europa e le tecniche per il loro monitoraggio e controllo, a cui segue la sperimentazione di un dispositivo per il monitoraggio remoto di coleotteri del legno. Il secondo studio riguarda la distribuzione degli insetti del legno lungo un gradiente altitudinale, utilizzato come analogo spaziale del cambiamento climatico, e mostra l’effetto positivo della temperatura sull’abbondanza delle specie maggiormente aggressive a carico dell’abete rosso (Picea abies). Il terzo studio indaga l’effetto delle alte temperature estive sulla performance di Ips acuminatus all’interno della stessa stagione e tra anni successivi, dimostrando che temperature particolarmente alte sembrano influenzare positivamente la crescita della popolazione nello stesso anno, ma negativamente quella dell’anno successivo. Il quarto studio presenta un’applicazione delle trappole fotografiche controllate in remoto per la early detection dei Cerambicidi del genere Monochamus spp., considerati pericolosi in quanto vettori del nematode del pino Bursaphelenchus xylophilus. Alle trappole fotografiche è stato associato un sistema di identificazione molecolare sul campo basato sulla tecnica denominata LAMP-PCR. Il risultato è un sistema integrato in grado di concentrare gli sforzi di controllo delle trappole e analisi molecolare in campo alle sole trappole che mostrano la presenza delle specie target. A dimostrazione dei diversi ambiti di applicabilità delle nuove tecnologie proposte, al termine di questo lavoro viene aggiunto un o studio svolto in Nuova Zelanda nel quale la tecnologia delle foto trappole fotografiche vengono utilizzate per il monitoraggio di una specie dannosa per i frutteti.