Mediciones vibratorias para evaluar la salud de las colonias

El monitoreo de plagas, parásitos y enfermedades, así como la fuerza de la colonia, es un elemento vital en la apicultura.

La cría de crías y el crecimiento de las colonias dependen (entre otras cosas) del estado reproductivo de la reina (es decir, el número de huevos que una reina puede depositar por día) y además porque las larvas son criadas por adultos, el tamaño de la población trabajadora.

La cantidad de cría que se cría determina el tamaño de la población de la colonia y, por lo tanto, la crianza futura de cría. También es información básica para que el apicultor pueda estimar la salud de la colonia.

Existen enfermedades importantes que pueden afectar a la cría sellada y no sellada. Son causados por bacterias, hongos, parásitos, pesticidas o virus, señala un artículo técnico elaborado por Martín Bencsik , Yves Le Conte y Maritza Reyes que nuestro medio presenta en versión periodística.

Para evaluar la salud de las colmenas de abejas, los apicultores deben abrir la colmena e inspeccionar visualmente la presencia de enfermedades y el desarrollo y la fuerza de la colonia. Sin embargo, esta inspección intrusiva es una fuente de estrés para la colonia y también requiere mucho tiempo. Las abejas trabajadoras pueden morir durante esta evaluación invasiva, y también existe el riesgo de que la reina sea asesinada en el proceso.

El uso de tecnología moderna de sensores para monitorear el estado de la colonia de abejas está creciendo en popularidad.  Existen dispositivos, como las balanzas electrónicas para medir los cambios de peso de la colmena temporal, pero el aumento en el peso de la colmena puede deberse al aumento de la recolección de polen y néctar incluso en épocas de estrés en las colonias, incluida la presencia de enfermedades. Por lo tanto, es de interés para desarrollar nuevos métodos no invasivos que pueden contribuir aún más a la evaluación de la condición fisiológica de las colonias.

En consecuencia, el enfoque aquí planteado es utilizar acelerómetros insertados en el marco central de las colmenas para medir las amplitudes vibratorias con el fin de proporcionar información sobre la población de abejas, la actividad y el desarrollo. Para validar los datos vibratorios, los datos de inspección visual de las colonias, particularmente el desarrollo de la cría, se informan para la correlación. Se muestra que un procesamiento de datos vibratorio adecuado permite un monitoreo altamente sensible del ciclo de cría en las proximidades del sensor. También se exploran los datos mínimos que se requieren, cuando se incluye información de frecuencia, para determinar con precisión el punto actual en el ciclo de cría.

Materiales y métodos

En Marzo de 2014, en Avignon (Francia), se instalaron colmenas “Langstroth” y “Dadant” en una línea de unos 40 metros de longitud. Ellas fueron manejadas usando prácticas de apicultura estándar y monitoreadas continuamente para vibraciones hasta Noviembre de 2014. Sólo los datos de este apiario se utilizaron para el ejercicio de discriminación numérica.

En Marzo de 2015 se establecieron dos colmenas  en Nottingham, Reino Unido, y se monitorizaron continuamente por vibraciones durante 13 meses.

La situación poblacional de las colonias en Avignon se evaluó siete veces, de Marzo a Octubre, utilizando el método ColEval. Este método permite estimar el porcentaje de cada cuadro que tiene cría, miel y polen, así como el número de abejas obreras en la colonia. Las colmenas se abrieron una vez al mes y se examinó cada lado de cada cuadro.

Resultados

Distribuciones de la amplitud vibratoria nocturna:

Para minimizar el efecto de la actividad de forraje diurno de las abejas y picos ocasionales de alta amplitud en el conjunto de datos, por ejemplo, causados por la intervención humana en la colmena, sólo se consideraron los espectros de frecuencia vibratoria medidos entre la medianoche y las seis de la mañana.

Más de cien espectros estaban disponibles cada noche, resultando en una buena estimación de la amplitud registrada con mayor frecuencia durante la noche. Cada histograma se normalizó a su valor máximo y luego se codificó por color con negro igual a cero y rojo igual a uno (la amplitud más frecuente). Cuando se considera un rango adecuado de frecuencias vibratorias, los histogramas muestran un máximo único pronunciado, que oscila con un período notablemente regular, estrechamente igualado, aunque ligeramente mayor que, al ciclo de cría de abejas obreras.

La oscilación regular se altera después de un enjambre primario o cuando una colonia ha perdido su reina.

Se puede extraer el máximo de repetición periódica, por ejemplo ajustando una función analítica a las distribuciones y el período de la oscilación cuantificada por transformación de Fourier de las series temporales de estas coordenadas. Cuando se muestra como una función del período, los espectros muestran máximos claros entre 21 y 26 días.

Correlación entre las medidas vibratorias y la condición visualmente evaluada del marco:

Los niveles de cría, polen y miel evaluados visualmente en la mayoría de los marcos muestran un notable acuerdo en ambos lados de los marcos. Como sólo hay un sensor en un marco dado y está en el medio, se asume que está afectado por igual por cada lado y los datos de ColEval se promediaron por lo tanto para los marcos en los que residía el acelerómetro.

Los niveles de polen no parecen afectar sustancialmente la amplitud máxima. Los niveles de cría y miel contribuyen a reducir la señal medida y el efecto de combinarlos linealmente, junto con el polen para mejorar aún más la correlación.

La contribución a la amortiguación de la señal a partir de los niveles de miel es la más alta, aunque, sobre estos marcos centrales, la miel es rara vez más del 20% de la zona del marco y se encuentra a menudo en la periferia.

Evidencia que sugiere la detección del ciclo de cría

Numerosas características de las oscilaciones de amplitud vibratoria que se destacaron directamente apuntan a las del ciclo de cría de abejas:

– Su período es notablemente constante de colonia a colonia y ligeramente más largo de 21 días, consistente con las abejas conocidas que tardan algún tiempo en mantener una célula inmediatamente después del nacimiento de una abeja trabajadora, antes de que la reina pusiera un huevo fresco en la misma celda. Esto, junto con el hecho de que la reina puede estar ocupada en otro marco, cuenta del período medido de nuestra oscilación.

– Su ausencia en el tiempo de invierno es consistente con el hecho de que la reina no pone en esa temporada.

– Su ausencia después de un enjambre primario y en una colonia de colocación de drones es consistente con el hecho de que estas situaciones corresponden respectivamente a una ausencia temporal de cría, o ausencia de cría localmente sincrónica, en marcos.

– Su fase de marco variable es coherente con una reina de abejas se concentra en un lado de un marco a la vez para poner huevos.

– Sus máximos que tienen lugar en niveles bajos de cría registrada es consistente con el hecho de que un aumento en la densidad del peine de miel aumenta la atenuación de las vibraciones medidas con un estímulo constante, como consecuencia de la segunda ley de Newton (los objetos más densos son más difíciles de acelerar con el Misma fuerza).

– Su capacidad para correlacionarse con un cambio de forma espectral es consistente con la carga de bastidor que afecta los modos vibratorios del peine de miel. A medida que un peine de miel vacío se carga gradualmente con polen, cría y miel, se esperan cambios espectrales vibratorios además de la simple atenuación de la señal mencionada anteriormente. En el oscilador armónico simple impulsado la aceleración es proporcional al cuadrado de la frecuencia.

– Su origen, que se encuentra en el cambio de los modos de vibración del peine de miel, se confirma además por la observación de que las señales de vibración medidas en la pared de la colmena no muestran la oscilación revelada en el cuadro de miel. Con el tiempo, las paredes de la colmena no sufrirán “carga” o cambios de densidad, excepto quizás para un pequeño aumento / disminución de la humedad con lluvia / falta de lluvia, por lo que cualquier cambio de señal visto proviene esencialmente de las variaciones en el estímulo causando las vibraciones grabadas: sonidos y vibraciones de las abejas. El estímulo no está exhibiendo claramente la oscilación regular, profunda en la amplitud registrada en los acelerómetros del panal.

El nido de abeja puede ser visto como un sustrato vibrante, estimulado por sonidos y vibraciones originadas por las abejas de la colonia. A medida que cambia el contenido del peine, su función de transferencia correspondiente cambia también y, a pesar de las variaciones en la señal de estimulación (evidenciadas, por ejemplo, por los datos procedentes de la pared de la colmena), son los cambios de transmisión vibratorios que dominan la modulación del sustrato medido aceleración

La correlación relativamente decepcionante con los niveles de cría registrados puede atribuirse a errores derivados de grabaciones basadas en estimaciones visuales, grabaciones referentes a un marco completo, mientras que estos acelerómetros son más sensibles a las estructuras sólidas más cercanas a ellos.

Algunas mediciones se ven afectadas por las desviaciones en la fuente de las vibraciones medidas, es decir, las actividades de las propias abejas. El resultado del análisis de la forma espectral de la amplitud vibratoria es alentador, al sugerir que el ciclo de la cría podría ser monitoreado usando sólo una hora de mediciones de la noche, de una manera menos sensible a las derivas que cuando se usa la amplitud sola, más genérica para múltiples colonias y Más específico para el ciclo de cría. La explotación de los resultados por otros investigadores no requiere ningún análisis numérico sofisticado.

Se podría obtener una mejor supervisión del ciclo de cría aplicando un estímulo artificial a la estructura con amplitud y frecuencia conocidas en lugar de depender de las abejas para generar las vibraciones, y potencialmente permitiendo una mayor sensibilidad específica a la cría, miel y polen. Los sensores económicos del acelerómetro que cubren el rango relevante de frecuencias están fácilmente disponibles. Se podría obtener una validación mejorada de la sensibilidad de la señal mediante una evaluación fotográfica regular de la vecindad de los acelerómetros. Esto nos permitiría comprobar, por ejemplo, la hipótesis de que las reinas que cubren las crías con células vacías mínimas entrelazadas producirán un cuadro con una oscilación vibratoria con una relación pico-a-cuenca más profunda que aquellos en los que las células vacías intercaladas son comunes.

Los modelos matemáticos del ciclo de cría normal pueden realizarse fácilmente en función de la época del año, utilizando mediciones de vibración del acelerómetro y pueden utilizarse como una herramienta para detectar el ciclo de cría anormal que se transmitirá al apicultor. Esta información puede ser útil para el apicultor, ya que pueden visitar la colonia para diagnosticar y resolver el problema. El ciclo anormal de la cría puede ser el resultado de enfermedades, enjambre, falla de la reina, exposición a pesticidas o falta de espacio en la colmena.