Efeito da temperatura logaritmicamente amortizante para aprendizado supervisionado da desinfestação solar do gorgulho do arroz Sitophilus oryzae (Coleoptera: Curculionidae) usando sacolas plásticas

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2655 (2023) Citar este artigo

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Este trabalho investiga a eficácia do aquecimento solar usando sacos de polietileno transparente contra o gorgulho do arroz Sitophilus oryzae (L.), que é uma das pragas de insetos mais destrutivas contra muitos grãos estratégicos, como o trigo. Neste artigo, buscamos encontrar os principais parâmetros que afetam o sistema de controle de aquecimento contra insetos de grãos armazenados, garantindo que a qualidade do grão de trigo seja mantida. Fornecemos um novo conjunto de dados de referência, onde os dados experimentais e ambientais foram coletados com base no trabalho de campo durante o verão no Canadá. Medimos a eficácia da solução usando uma nova fórmula para descrever o efeito da temperatura de amortização no gorgulho do arroz. Adotamos diferentes modelos de aprendizado de máquina para prever a eficácia de nossa solução em atingir uma condição de aquecimento letal para pragas de insetos e, portanto, medir a importância dos parâmetros. O desempenho de nossos modelos de aprendizado de máquina foi validado usando uma validação cruzada de 10 vezes, mostrando uma alta precisão de 99,5% com 99,01% de recuperação, 100% de precisão e 99,5% F1-Score obtidos pelo modelo Random Forest. Nosso estudo experimental sobre aprendizado de máquina com valores SHAP como um modelo explicável post-hoc fornece as melhores condições e parâmetros ambientais que têm um efeito significativo na desinfestação de gorgulhos do arroz. Nossas descobertas sugerem que há uma quantidade ideal de grãos de tamanho médio ao usar bolsas solares para desinfestação térmica de insetos sob altas temperaturas ambientes. O aprendizado de máquina nos fornece um modelo versátil para prever as temperaturas letais mais eficazes para eliminar insetos de grãos armazenados dentro de sacos plásticos transparentes. Usando esta poderosa tecnologia, podemos obter informações valiosas sobre as condições ideais para eliminar essas pragas. Nosso modelo permite prever se uma determinada combinação de parâmetros será eficaz no tratamento de insetos usando controle térmico. Disponibilizamos publicamente nosso conjunto de dados sob uma licença Creative Commons para incentivar os pesquisadores a usá-lo como referência para seus estudos.

A população global foi estimada em cerca de 7,8 bilhões em 2020 e deve chegar a 9,8 bilhões em 20501,2,3,4. Portanto, aumentar a produção global de grãos é um fator chave para atender às demandas mundiais de alimentos. Espera-se que a produção e o consumo de alimentos aumentem aproximadamente 50–70% em 20501,2,3. Por outro lado, a perda pós-colheita é responsável por grandes danos na produção total de alimentos, especialmente em alguns países africanos e causa cerca de 20 a 40% de perda, o que é uma perda significativa em comparação com a baixa produção de alimentos nos mesmos países2. Os insetos são a principal causa de danos aos grãos e as perdas de grãos são estimadas em 30–90%2,5. Os esforços para reduzir as perdas pós-colheita teriam um impacto significativo e melhorariam a disponibilidade e o abastecimento de alimentos em comparação com as limitações e desafios para aumentar a produção de alimentos2,6.

O gorgulho do arroz Sitophilus oryzae (L.) (Coleoptera: Curculionidae) é um dos insetos-praga mais importantes do trigo armazenado e de outros grãos de cereais em todo o mundo5,7. É um inseto primário de grãos armazenados que ataca grãos inteiros e causa perdas significativas de grãos7,8. A atividade alimentar de S. oryzae leva a uma infestação secundária de pragas, doenças fúngicas e deterioração de grãos7,8. O gorgulho do arroz maduro cresce de 3 a 4 mm de comprimento e as larvas se alimentam internamente dentro do grão de grão através de sua fuga, criando pequenos orifícios redondos distintos conhecidos como dano de gorgulho9. Os ovos são colocados na superfície do grão e o período de incubação para eclodir é de 2,62 a 5,85 dias. Quando há comida disponível, a longevidade do macho é de 42,63 a 58,72 dias e a longevidade da fêmea é de 60,69 a 77,23 dias8. A taxa de fecundidade feminina é de 53,60 ovos/vida7. A aceleração do crescimento do gorgulho do arroz ocorre em temperaturas de 25–30 \(^\circ\)C e 65–75% de umidade relativa (rh)7,8. A maioria dos ecossistemas de armazenamento de grãos tem temperatura e UR próximas às condições favoráveis ​​para o crescimento do gorgulho do arroz e outros insetos, o que também causa grande perda de grãos2,10.