Determining optimal parasitoid release timing for the biological control of emerald ash borer (Coleoptera: Buprestidae)

Abstract

The emerald ash borer, Agrilus planipennis Fairmaire (Coleoptera: Buprestidae), quickly established itself as an invasive species in North America after it was first detected near Detroit, Michigan, USA, in 2002. Just 1 yr later, emerald ash borer was introduced accidentally into Maryland, USA, on imported ash nursery stock. After quarantine and eradication efforts failed, a classical biological control program was initiated in Maryland in 2009 with the release of 2 larval parasitoids: Tetrastichus planipennisi Yang (Hymenoptera: Eulophidae) and Spathius agrili Yang (Hymenoptera: Braconidae), and 1 egg parasitoid, Oobius agrili Zhang and Huang (Hymenoptera: Encyrtidae). Timing is critical to the success, efficiency, and cost-effectiveness of classical biological control programs where release of parasitoids must coincide temporally with that of susceptible stages of the host. In 2017, periodic field surveys at 2 sites in central Maryland were conducted to assess emerald ash borer phenology using green funnel traps to sample adults, and debarking infested ash trees to sample larval stages. Adult emerald ash borer first appeared in traps on 18 May 2017 (479 growing degree d base 10 [GDD10]), peaked on 15 Jun (823 GDD10), and were absent from 13 Jul (1,301 GDD10) through 12 Oct (2,598 GDD10) when surveys were terminated. Larval sampling in early Aug (1,698 GDD10) found all larval instars present, the most common being the second instar (46%), followed by the third instar (28%), fourth instar (20%), first instar (5%), and prepupal J-shaped larvae (J-larva) (0.5%). J-larvae are so called because after excavating a pupal chamber, the head is bent down 180 degrees to the rest of the body, resembling the shape of the letter J. Larval sampling in late Oct (2,710 GDD10) found J-larvae to be the dominant stage present (92.2%), followed by fourth instar (4.8%), third instar (2.4%), and second instar (0.6%). We found that emerald ash borer was univoltine, and that nearly 50% of emerald ash borer larvae had developed to stages susceptible to parasitism (third and fourth instar) by early Aug (1,698 GDD10). By late Oct (2,710 GDD10), 92% had developed beyond parasitoid susceptible stages (J-larvae). These findings suggest that egg parasitoid releases are best targeted from early May to late Jun at an approximate GDD10 range of 300 and 1,100 with larval parasitoid releases best targeted between 1,400 and 2,500 GDD10.

Resumen

El barrenador esmeralda del fresno, Agrilus planipennis Fairmaire (Coleoptera: Buprestidae), se estableció rápidamente como una especie invasora en América del Norte desde que fue detectado por primera vez cerca de Detroit, Michigan, EE. UU., en el 2002. Apenas 1 año después, el barrenador esmeralda del fresno fue accidentalmente introducido en Maryland, EE. UU., sobre plantas de fresno para viveros importadas. Después de que fracasaron los esfuerzos de cuarentena y erradicación, se inició un programa de control biológico clásico en Maryland en el 2009 con la liberación de 2 parasitoides larvales Tetrastichus planipennisi Yang (Hymenoptera: Eulophidae) y Spathius agrili Yang (Hymenoptera: Braconidae), y un parasitoide de huevos, Oobius agrili Zhang y Huang (Hymenoptera: Encyrtidae). El tiempo es crítico para el éxito, la eficiencia y la rentabilidad de los programas de control biológico clásico donde la liberación de parasitoides debe coincidir temporalmente con la de los estadios susceptibles del hospedero. En el 2017, se realizaron estudios de campo periódicos en 2 sitios en el centro de Maryland para evaluar la fenología del barrenador esmeralda del fresno utilizando trampas de embudo verde para muestrear adultos, y quitando la corteza de los fresnos infestados para muestrear los estadios larvales. Los adultos del barrenador esmeralda de fresno aparecieron por primera vez en las trampas el 18 de mayo (479 grados-dia de crecimiento de base 10), alcanzaron su punto máximo el 15 de junio (823 grados-dia de crecimiento de base 10) y estuvieron ausentes desde el 13 de julio (1,301 grados-dia de crecimiento base 10) hasta el 12 de octubre (2,598 grados-dia de crecimiento de base 10) cuando se terminó el sondeo. El muestreo de larvas a principios de agosto (1,698 grados-dia de crecimiento de base 10) encontró todos los estadios larvales presentes, el más común fue el segundo estadio (46%), seguido del tercer estadio (28%), cuarto estadio (20%), primer estadio (5%), y larvas-J (0.5%). El muestreo de larvas a fines de octubre (2,710 grados-dia de crecimiento de base 10) encontró que las larvas-J eran el estadio mas dominante presente (92.2%), seguidas por el cuarto estadio (4.8%), el tercer estadio (2.4%) y el segundo estadio (0.6%). Descubrimos que el barrenador esmeralda del fresno es univoltina, y que casi el 50% de las larvas del barrenador esmeralda se habían desarrollado en estadios susceptibles al parasitismo (tercer y cuarto estadio) a principios de agosto (1,698 grados-dia de crecimiento de base 10). A finales de octubre (2,710 grados-dia de crecimiento de base 10), el 92% se había desarrollado más allá de los estadios susceptibles a los parasitoides (larvas-J). Estos hallazgos sugieren que las liberaciones de parasitoides de huevos se enfocan mejor desde el principio de mayo hasta el final de junio en un rango de grados-dia de base 10 de aproximadmente 300 a 1,100, mientras que las liberaciones de parasitoides larvales se enfocan mejor entre 1,400 y 2,500 grados-dias de crecimiento de base 10.

Key Words: invasive species; phenology; growing degree day; forest pest

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