A medida que el crecimiento de la población, el mayor consumo de alimentos, la competencia por el uso de la tierra y el cambio climático plantean desafíos para la producción mundial de alimentos, la gestión de la pérdida de cultivos debido a plagas y malezas se vuelve cada vez más importante. Si bien los pesticidas químicos ofrecen medios efectivos para el control, la pérdida potencial deel rendimiento del cultivo sigue siendo significativo, al igual que el costo. La pérdida potencial global de las plagas se estima entre 50% y 80% del rendimiento según el tipo de cultivo.
En un artículo publicado la semana pasada en el Revista SIAM de Matemática Aplicada , los autores Chris Guiver et al proponen técnicas de control adaptativo para modelar la dinámica y el manejo de plagas como un sistema de control.
Las matemáticas se han utilizado para modelar el control de plagas en otros estudios. La mayoría de los enfoques predominantes se basan en herramientas de control óptimas deterministas o estocásticas, donde se utiliza una estrategia de manejo o intervención para lograr un comportamiento deseado y minimizar el costo.enfoques, el más notable de los cuales es la capacidad de manejar la incertidumbre en la dinámica de plagas debido a la interacción de nuevas especies y ambientes.
"El modelado para el manejo de plagas es inherentemente incierto", dice Stuart Townley, coautor e investigador principal del proyecto. "Las tasas vitales de plagas, como la tasa de natalidad y crecimiento, y la fertilidad, son muy sensibles a la incertidumbrey condiciones ambientales estocásticas, mientras que los datos a menudo son limitados; por lo tanto, es poco probable que estén disponibles modelos detallados para guiar la toma de decisiones. Depender de herramientas de control óptimo que requieren este nivel de detalle podría resultar en un desempeño pobre o frágil ".
El control adaptativo, por otro lado, evita la incertidumbre porque no necesita información previa sobre parámetros inciertos.
"La idea principal de nuestro estudio es que, dada la incertidumbre que rodea a los modelos de plagas, el diseño de estrategias de manejo de plagas enfrenta dos enfoques: desarrollar mejores modelos para que los controles óptimos puedan ser más efectivos, o adoptar enfoques de diseño que toleren el nivel probable deincertidumbre a enfrentar ", dice la autora Brigitte Tenhumberg.
Los autores adoptan este último enfoque utilizando técnicas de control adaptativo. La entrada, el estado y la salida en el sistema de control están representados por el control de plagas, la población de plagas y alguna medida de la población respectivamente. El objetivo del sistema de control luego, es erradicar o reducir la población de plagas mediante la determinación de una entrada que estabilice el modelo, llevando las variables de estado a cero.
La ventaja del control adaptativo es que logra la estabilidad del estado con un conocimiento mínimo del sistema a controlar y es simple de calcular. El sistema no busca actualizar el modelo dinámico con el tiempo mediante la inferencia o estimación de parámetros. La estrategia de gestión, a su vez, cambia con el tiempo en respuesta a cómo cambia la variable medida.
La desventaja de los controladores adaptativos es que la robustez adicional necesaria para modelar la incertidumbre conlleva una pérdida en la optimización.
Como explica el autor Markus Mueller, "El equilibrio entre robustez y optimización es fundamental en todas las áreas donde se toman decisiones de gestión o control. Las acciones de gestión pueden acercarse a decisiones óptimas cuando hay modelos confiables disponibles. Sin embargo, cuando los modelos son pobres, como es el caso de las plagas, las acciones deben ser más cautelosas y sólidas. Es en este extremo de la toma de decisiones donde el control adaptativo es especialmente atractivo y ofrece ventajas significativas en comparación con otros enfoques de control óptimos o sólidos ".
La incertidumbre en los modelos requiere enfoques que deben ser robustos y capaces de cuantificar el nivel de incertidumbre que pueden manejar.
"En las aplicaciones, el compromiso entre robustez y optimización también tiene consideraciones económicas", agrega Guiver. "La optimización puede reducir los costos de implementación, pero es susceptible a fallas costosas; mientras que la robustez tendría costos de implementación más altos, compensa estas fallas potenciales ypérdidas consiguientes "
El trabajo futuro del grupo incluye el despliegue adaptativo de agentes de biocontrol para reducir el uso de pesticidas químicos. Esto implicaría modelar la dinámica de los agentes de biocontrol además de la de las plagas. También se incorporará el modelado de la distribución espacial de las plagas.
"Hasta ahora, nuestro trabajo se ha centrado en los aspectos temporales de las plagas con abundancia que cambia en el tiempo. Claramente, la abundancia de plagas tiene una dimensión espacial y esto también debe abordarse al diseñar estrategias de manejo de plagas", dice el autor Richard Rebarber."Aquí, el manejo de plagas buscaría reducir o contener tanto la propagación de una plaga como su abundancia. Dado que el uso de pesticidas puede tener consecuencias no deseadas, también estamos explorando el uso del control de retroalimentación adaptativo en el diseño de estrategias de manejo de plagas basadas enbiocontrol también conocido como enemigos naturales o depredadores de plagas "
"El manejo de plagas es uno de los factores clave para abordar el desafío de la seguridad alimentaria para una creciente población mundial con una creciente demanda per cápita", dice la autora Brigitte Tenhumberg. "Para abordar la seguridad alimentaria, sin duda, se requiere un enfoque holístico, basado en aportesde formuladores de políticas y partes interesadas, así como de conocimientos teóricos de la academia. Nuestra contribución es buscar enfoques para reducir las pérdidas de cultivos a las plagas aplicando menos pesticidas de manera más efectiva ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Sociedad de Matemática Industrial y Aplicada . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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