Friut trees and their pests : a mechanistic model for the peach-aphid system

In a context of increasing demand for agricultural yields and less use of chemicals, this thesis proposes a model for studying interactions between fruit trees and sap-feeders pests. Biotic and abiotic factors affect the dynamics of both plant and pests growth and make the system extremely complex. Hence the need to extract the system key processes and define a general modeling framework that can repro- duce observed patterns. We developed a model, based on first principles of plant physiol- ogy and ecological interactions, able to simulate growth of different tree components (i.e. roots, shoots and fruits) and reserves in terms of carbon allocation and growth of pest populations in terms of indi- viduals. We applied the model to the pathosystem case study regarding in- teractions between peach tree Prunus persica and aphids Myzus persi- cae. In Europe, M. persicae is considered to be a major pest in peach or- chards because of its proliferation capacity and the damage it causes both to the structure of the trees and to the fruit yield. The model was able to well reproduce observed patterns in real orchard. We are convinced that the presented model, despite its simplicity when com- pared to other models commonly used in crop science, might provide new insights in the comprehension of pathosystem in commercial fruit orchards.

Nell’attuale contesto di veloce crescita della popolazione, l’agricoltura si pone come settore strategico per far fronte alla crescente domanda nel settore alimentare. Lo studio delle piante da frutto e l’interazione con eventuali insetti nocivi può quindi rivestire un ruolo di primaria importanza. La descrizione dei processi che governano le dinamiche di sviluppo delle specie studiate richiede la comprensione dei fattori biotici e abiotici coinvolti e delle interazioni tra essi. Poiché il sistema complessivo può risultare molto complicato, a volte il ricorso alla modellistica risulta necessario per una sua migliore comprensione. In questa tesi si presenta un modello finalizzato alla descrizione dei processi chiave dello sviluppo di un albero da frutto e del suo paras- sita, nonché delle loro dinamiche congiunte. Lo sviluppo del modello include la scelta delle influenze interne ed esterne che si ripercuotono sulle dinamiche del sistema, la descrizione dei meccanismi biofisici coinvolti e la definizione delle equazioni governanti la crescita dei vari organi. Il modello simula sulla stagione di crescita l’andamento dei diversi componenti dell’albero (rami, radici, frutti) e delle riserve in termini di grammi di carbonio, e della popolazione di insetti in termini di individui. Il caso di studio su cui si è testato il modello riguarda il sistema pesco Prunus persica e afide Myzus persicae. Questo afide in Europa è considerato essere l’insetto più nocivo per le coltivazioni di pesche a causa della sua grande capacità di riproduzione e degli effetti causati. Questi ultimi interessano sia la struttura portante dell’albero che la sua produttività. Il modello riesce a riprodurre i pattern osservati in natura e a riprodurre l’effetto delle pratiche colturali solitamente utilizzate nella gestione dei frutteti. Esso costituisce una solida base per simulare l’effetto di infestazioni ripetute e per testare pratiche di controllo alternative al semplice uso di pesticidi. Il prossimo passo riguarderà l’implementazione del modello su un orizzonte temporale pluriannuale.