Using a stochastic phenology model to assess the potential northern range limit of Conotrachelus nenuphar in Europe under current and future climate

Technische Samenvatting: Beoordeling van de potentiële noordelijke grens van Conotrachelus nenuphar in Europa

Probleemstelling
Conotrachelus nenuphar (kersensnuitkever), een belangrijke plaag van steenvruchten en stengelvruchten in Noord-Amerika, is geclassificeerd als een prioritaire quarantaineplaag onder de Europese Unie (EU) fytosanitaire wetgeving. Hoewel brede beoordelingen suggereren dat de plaag zich kan vestigen waar geschikte gastheren aanwezig zijn in Europa, vertrouwen deze evaluaties vaak op grove klimatologische classificaties (bijv. Köppen–Geiger) die er niet in slagen om fijnmazige thermische beperkingen vast te leggen. Specifiek moet de noordelijke stam van C. nenuphar (aangepast aan koudere Noord-Amerikaanse klimaten) een verplichte winterdiapauze ondergaan en moet zij haar gehele levenscyclus binnen één enkele groeiseizoen voltooien. In Noord-Europa, waar de zomers koeler zijn dan in het natuurlijke noordelijke bereik van de plaag, bestaat er onzekerheid over de vraag of de thermische condities voldoende zijn voor de voltooiing van de levenscyclus. De huidige EU-regelgeving vereist strikte surveillance voor prioritaire plagen, tenzij onomstotelijk kan worden aangetoond dat vestiging onmogelijk is vanwege ongeschikte ecoklimatologische omstandigheden. Een preciezere beoordeling is nodig om te bepalen waar officiële surveillance gerechtvaardigd is en waar middelen efficiënter kunnen worden toegewezen.

Methodologie
De studie heeft een stochastisch fenologie-model ontwikkeld om de temperatuurafhankelijke ontwikkeling van de noordelijke stam van C. nenuphar op zure kers (Prunus cerasus) te simuleren, gekozen als gastheer vanwege de brede verspreiding en de beschikbaarheid van specifieke thermische ontwikkelingsgegevens. In tegenstelling tot traditionele Growing Degree Day (GDD)-modellen die gemiddelde waarden gebruiken, incorporeert dit model intraspecifieke variatie door thermische vereisten weer te geven als waarschijnlijkheidsverdelingen afgeleid uit empirische literatuur.

Het model simuleert vier opeenvolgende ontwikkelingsstappen:

1. Voorjaarsopkomst en immigratie: Simuleert de accumulatie van GDD (drempelwaarde 6,1°C) die vereist is voor de opkomst van overwinterende volwassen exemplaren en hun migratie naar gastherenbomen, gevolgd door de timing van de blootval (GDD4) en de daaropvolgende thermische vereiste voor de gereedheid voor ovipositie (GDD10).
2. Larvale ontwikkeling: Simuleert de uitkomst van eieren en de larvale ontwikkeling binnen de vrucht met behulp van GDD (drempelwaarden 11,1°C tot 35°C), waarbij rekening wordt gehouden met een niet-lineaire ontwikkelingsfunctie bij hoge temperaturen.
3. Verpopping: Simuleert verpopping in de bodem en de opkomst van volwassenen met behulp van GDD (drempelwaarde 8,7°C).
4. Gereedheid voor overwintering: Simuleert de voedingsperiode na de opkomst die vereist is om energievoorraden te accumuleren voor diapauze. Vanwege een gebrek aan specifieke gegevens voor C. nenuphar, werd deze stap gemodelleerd met behulp van een proxy-soort (Anthonomus grandis) en getest onder drie scenario's ("snel", "intermediair" en "langzaam"), die verschillende duurders vertegenwoordigen van dagen met een gemiddelde temperatuur ≥13°C.

Het model werd geïmplementeerd in R met 500 stochastische iteraties per locatie om populatievariabiliteit te vangen. Het werd eerst gevalideerd tegen het natuurlijke bereik in Noord-Amerika (1940–1959) met behulp van ERA5-klimaatgegevens. Vervolgens werd het toegepast op Centraal- en Noord-Europa onder:

• Huidig klimaat: ERA5-gegevens voor 2006–2025.
• Toekomstig klimaat: Een multi-model ensemble van acht CMIP6-modellen onder het SSP2-4.5-scenario voor 2041–2060.

De prestaties werden geëvalueerd aan de hand van twee metrieken: het gemiddelde aandeel iteraties dat de levenscyclus voltooit en het aandeel jaren (of modeljaren) waarin ten minste één iteratie slaagde.

Belangrijkste resultaten

• Modelvalidatie: In het natuurlijke bereik reproduceerde het model succesvol de historische distributie, waarbij een hoog aandeel voltooiing van de levenscyclus werd getoond binnen het bereik en een scherpe daling buiten het bereik. Sensitiviteitsanalyse gaf aan dat hoewel scenario's voor de gereedheid voor overwintering de resultaten nabij de grens van het bereik beïnvloedden, het model robuust onderscheid maakte tussen geschikte en ongeschikte gebieden.
• Huidig klimaat (2006–2025): Het model geeft aan dat Centraal-Europa thermisch geschikt is voor de noordelijke stam. Echter, aanzienlijke delen van Noord-Europa zijn ongeschikt. Specifiek vertoonden Finland, het grootste deel van Ierland en Zweden, en delen van de Baltische regio lage gemiddelde proporties van levenscyclus-voltooiing en meerdere jaren met nul succesvolle voltooiingen, wat wijst op een zeer lage waarschijnlijkheid van vestiging. Er bestaat een transitiezone in het zuidelijke VK, Noord-Duitsland, Polen en Zuid-Scandinavië waar de geschiktheid marginaal is en sterk afhankelijk is van het scenario voor de gereedheid voor overwintering.
• Toekomstig klimaat (2041–2060): Projecties onder SSP2-4.5 laten een noordwaartse verschuiving zien van de transitiezone, waarbij de geschiktheid zich uitbreidt naar Zuid-Finland, Zuid-Zweden, de Baltische staten en delen van Ierland. Zelfs onder deze toekomstige omstandigheden blijven de meest noordelijke EU-regio's (bijv. het grootste deel van Finland) thermisch ongeschikt voor betrouwbare vestiging, met een groot aandeel individuen dat de levenscyclus niet voltooit en verschillende modeljaren zonder succesvolle voltooiing.

Betekenis en Claims
Het artikel beweert de eerste gedetailleerde beoordeling te bieden van het vestigingspotentieel van C. nenuphar in Europa onder toekomstige klimaatcondities met behulp van een stochastisch kader dat rekening houdt met intraspecifieke variatie. De auteurs stellen dat hun resultaten de brede conclusies van eerdere EU-niveau beoordelingen (bijv. EFSA 2018a, 2019, 2025) uitdagen, die suggereerden dat klimatologische condities de vestiging niet zouden beperken. Door aan te tonen dat specifieke noordelijke regio's thermisch onvoldoende zijn voor de voltooiing van de levenscyclus, ondersteunt deze studie de juridische bepaling in de EU-fytosanitaire wetgeving die lidstaten toestaat zichzelf vrij te stellen van bepaalde surveillanceverplichtingen indien vestiging door ecoklimatologische beperkingen als onmogelijk is bewezen.

De auteurs positioneren de studie als een instrument om risicomanagers te ondersteunen bij het optimaliseren van de allocatie van officiële fytosanitaire middelen. Zij stellen expliciet dat hoewel het model suggereert dat surveillance minder kritisch kan zijn in de geïdentificeerde ongeschikte noordelijke regio's, deze bevindingen met voorzichtigheid moeten worden geïnterpreteerd met betrekking tot onzekerheden, met name het gebrek aan empirische gegevens over de gereedheid voor overwintering en de uitsluiting van andere omgevingsfactoren zoals bodemvochtigheid en fotoperiode. De studie claimt niet definitief te bewijzen dat de plaag zich niet kan vestigen, maar biedt een probabilistische beoordeling die aangeeft dat vestiging onwaarschijnlijk is in specifieke noordelijke gebieden onder zowel de huidige als de projecties voor het midden van de eeuw.