Temperature tolerance and geographical distribution of agricultural pest (Spodoptera frugiperda) and prediction of potential range shifts in response to climate warming.

Abstract

The establishment of temperature tolerance limits and modelling the expansion and geographic distribution of S. frugiperda in response to climate warming are very important issues for its control and management. S. frugiperda belongs to the order of Lepidoptera, is a pest that causes significant economic damages to maize (Zea mays), rice (Oryza sativa), sorghum, alfalfa (Medicago sativa), soybean (Glycine max) and some other vegetables and it has a serious threat to African food security, due to its migration habit and crop infestation. The objective of this study is to evaluate the temperature tolerance limit of S. frugiperda and model a map of its new geographic distribution in Africa, under climatic warming scenarios. The evaluation was done by exposing S. frugiperda larvae to hot and cold temperature ranges. Cold temperatures ranged from 0 ° C to -12 ° C and hot temperatures from 28 ° C to 46 ° C. The evaluation methodology consisted of measuring the diameter and length of each larva, and then placed in a micro centrifuge tube in the TropiCooler and a thermocouple reader, which was used to measure the internal temperature of the TropiCooler. The larvae were checked one hour after reaching the temperature range, Then removed and placed at room temperature, each larvae were check for mortality one and six hours later and recorded. The result showed that the cold tolerance limit was -8.5 ° C and 43 ° C for hot temperature. Climate change has a potential effect on pest expansion and distribution, therefore, climate change variables were used in GIS (Geographic Information System), taking into account data on arable land in Africa, its current distribution, and the projection of climate change by mid 21st century. These data used to generate and model a new map for the future geographical distribution of S. frugiperda. This will help the farmers whose crops can be affected by S. frugiperda to plan for its control and will help decision makers to avoid food security problems in the African continent.El establecimiento de límites del tolerancia a la temperatura y el modelo de expansión y distribución geográfica de Spodoptera frugiperda en respuesta al cambio climático, son temas de suma importancia para su control y manejo. S. frugiperda pertenece al orden Lepidóptera, es una plaga que ocasiona daños económicos importantes al maíz (Zea mays), arroz (Oryza sativa), sorgo, alfalfa (Medicago sativa), soya (Glycine max) y algunas hortalizas que tienen una seria amenaza a la seguridad alimentaria africana, debido a su hábito de migración e infestación a los cultivos. El objetivo de este estudio es evaluar el límite de tolerancia de S. frugiperda a la temperatura y modelar un mapa de su nueva distribución geográfica en África, bajo al cambio climático. La evaluación se realizó exponiendo las larvas de S. frugiperda a rangos de temperaturas calientes y fríos. Los rangos de temperaturas frías fueron de 0 °C a -12 °C y los de temperaturas calientes de 28 °C a 46 °C. La metodología de evaluación consistió en medir el diámetro y la longitud de cada larva, seguidamente se coloca un tubo de micro centrifuga en el TropiCooler y se le programó la temperatura deseada, se revisaron las larvas una hora después de que alcanza el rango de temperatura, seguidamente se quitan y se colocan a temperatura ambiente, se revisa mortalidad a una y a seis horas después. El resultado demostró que el límite de la tolerancia a frío fue de -8,5 °C y de calor 43 °C. El cambio climático tiene un efecto potencial sobre la expansión y distribución de plagas, por lo tanto, las variables del cambio climático se representaron en QGIS (sistema de información geográfica), considerando los datos de las tierras de cultivo en África, su distribución actual y la proyección al cambio climático a mediados del siglo XXl. Estos datos se utilizaron para generar y modelar un nuevo mapa para la distribución geográfica futura de S. frugiperda. Esto ayudará a los agricultores afectados por S. frugiperda para planificar su control y también a los responsables de la toma de decisiones de un país para evitar problemas de seguridad alimentaria del continente africano.