Comparison and validation of population models for cereal aphids

Abstract

Models used to simulate changes in populations of cereal aphids need to be compared and validated if they are ever to be improved sufficiently for wide-scale use in crop protection. With this in mind, simulation runs using the models SIMLAUS, LAUS, and GETLAUS01 were tested over several years using data collected in different regions of Germany. The numbers of cereal aphids and aphid antagonists were recorded in fields of winter wheat and winter barley, by the adapting number of samples to aphid density. Simulation runs with the model SIMLAUS predicted accurately (96% of case studies, e.g. location and years) the type of hibernation of Sitobion avenae and Rhopalosiphum padi in fields of both winter wheat and winter barley. In eight of 52 case studies, from different locations and different years, the model predicted anholocyclic hibernation, though overwintering aphids were not found in the field. The model SIMLAUS was not suitable for predicting the number of aphids found in cereal crops in the autumn. In 12 of 35 case studies, the model LAUS predicted accurately (R² > 0.44, P < 0.05), from “à priori” data, the populations of S. avenae in cereal fields during spring and early summer. The intercepts (a) and the slopes (b) of the regressions between the observed and predicted cereal aphid populations differed (P = 0.05) from zero and one in 3% and 83% of case studies, respectively. After adjusting the starting values, by using data (à posteriori) collected in the field, the simulations were improved greatly in 90% of the case studies. In total (82%) of the simulation runs done with the model GETLAUS01 (à posteriori), produced close relationships (R² > 0.44, P < 0.05) between the observed and predicted populations of cereal aphids found during the summer in crops of winter wheat. Although the slopes of regressions differed from one in 12 of the case studies, all of the intercepts passed through the origin (a = 0). Correction of systematic errors, standardization of case studies, and possible model extensions are discussed with a view to using the revised models as an integral part of pest management.

Zusammenfassung

Simulationsmodelle zur Beschreibung von Änderungen in Getreideblattlauspopulationen müssen verglichen und validiert werden, damit sie sinnvoll und weiträumig im Integrier-ten Pflanzenschutz eingesetzt werden. Unter diesem Aspekt wurden Simulationsläufe der Modelle SIMLAUS, LAUS, und GETLAUS01 getestet und mit Feldbonitierungen verschiedener Jahre und Regionen Deutschlands verglichen. Die Anzahl der Getreideblattläuse und ihrer Antagonisten wurde in Wintergersten- und Winterweizenfeldern während der ge-samten Vegetationszeit erfasst. Hierbei wurden Probeneinheiten dichteabhängig entsprechend der Anzahl der gefundenen Insekten genommen. Simulationsläufe des Models SIMLAUS sagten sehr genau (in 96% aller Fallstudien, d.h. Standort und Jahr) die Art der Überwinterung von Sitobion avenae und Rhopalosiphum padi in Winterweizen- und Wintergerstenfeldern voraus. In nur acht von 52 Fallstudien unterschiedlicher Standorte und Jahre, wurde eine anholozyklische Überwinte-rung prognostiziert, obwohl keine überwinternden Blattläuse im Feld gefunden wurden. Das Model SIMLAUS versagte je-doch bei der Voraussage der Anzahl der Getreideblattläuse im Herbst. In 12 von 35 Fallstudien wurden genaue Vorhersagen (“à priori” Daten, R² > 0,44; P < 0,05) des Populationsniveaus von S. avenae in Getreidefeldern im Frühjahr und Frühsom-mer durch das Model LAUS gemacht. Die Intercepts (a) bzw. Steigungen (b) der Regressionen zwischen beobachteten und vorhergesagten Getreideblattlauspopulationen unterschieden sich (P = 0.05) von null und eins in 3% bzw. 83% aller Fallstudien. Nach der Anpassung der Startwerte gemäß erhobener Felddaten (à posteriori), wurden Verbesserungen der Simulationen in 90% aller Fallstudien erreicht. Der Großteil (82%) aller Simulationsläufe mit dem Model GETLAUS01 (à posteriori) ergab signifikante Regressionen (R² > 0,44; P < 0,05) zwischen beobachteten und vorhergesagten Getreideblatt-lauspopulationen im Winterweizen im Sommer. Während sich in 12 aller Fallstudien die Steigungen der Regressionen von eins signifikant unterschieden (b ≠ 1), liefen die Regressionsgeraden aller Fallstudien durch den Ursprung (a = 0). Verbesserungen von systematischen Modellfehlern, Standar-disierungen von Fallstudien und mögliche Modellerweiterungen werden im Hinblick auf einen möglichen Einsatz der Modelle im Integrierten Pflanzenschutz diskutiert.