Document

Optimal management of witches’ broom disease of lime in the presence of extreme climatic factors using dynamic bioeconomic modelling.

Source
Master's thesis
Other titles
الإدارة المثلى لمرض مكنسة الساحرة في اللیمون العماني في ظل العوامل المناخیة الشدیدة باستخدام النمذجة الدینامیكیة الاقتصادیة والحیویة
Country
Oman
City
Muscat
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2023
Language
English
Thesis Type
Master's thesis
English abstract
One of Oman's most cultivated fruit crops, lime, is suffering severely from a devastating disease called witches’ broom. Climatic conditions of the growing regions further aggravate the presence, severity and spread of the deleterious disease. Huge efforts have been made by both farmers and the government to alleviate the economic impact of the disease infection and improve the net benefit from lime production. Pruning of the symptomatic branches is considered an effective method of controlling Witches’ Broom Disease of Lime (WBDL). This study develops a dynamic bioeconomic model using the Bellman equation to derive the optimal management strategy for WBDL and the optimal replanting age of citrus trees after the first attack under multiple scenarios of disease management options and climate conditions. In addition, the study investigates different scenarios of disease presence and spread given different climatic conditions of arid, semi-arid and tropical zones in Oman. The first novelty of the study is that it is the first to model and address the economic loss associated with the disease risk or economic gain resulting from disease management. Moreover, it is the first to incorporate climate conditions into bioeconomic modeling for managing agricultural diseases or evaluate the effects of climate change and the interaction with WBDL using a bioeconomic model. To the best of our knowledge, the study is the first attempt to provide a detailed and thorough economic analysis of possible climatic factors that may influence the presence and spread of the WBDL. In addition, the utilized function that describes the total damage caused by the disease is created by incorporating the disease's behavior in the field and the characteristics of the fruit. This study is among the few that employ a dynamic bioeconomic model and analyze agricultural resources under risk in Arabian countries. The study aims to help citrus growers make the best disease-mitigating decisions and policymakers in planning and implementing effective treatment programs for the alignment of both farmer and government interests of profit maximization and social value. The results of the study show that the farmer’s disease treatment decisions are significantly influenced by the disease density and insect vector level on the farm, and adverse climate conditions have a significant negative impact on the economic value of citrus cultivation. Overall, the net benefit in the arid region is significantly lower than that of the other two zones for all the considered scenarios. There is a 55.6% increment to the expected farm value due to the disease management in the arid zone, while the increments are relatively lower in the semi-arid and tropical zones, 33.5% and 36.5%, respectively. Introducing climatic factorsinto the model further increases the benefit of implementing management action. While the increment is nearly 100% for the arid zone, the value in semi-arid and tropical zones increase by 68.2% and 72.6%, respectively. There is a massive reduction in farm value, 29%, due to climate conditions in arid zones if the disease is left unmanaged (from 20,813 OMR to 14,774 OMR). However, management of the disease has led to an improvement in farm value by 8.8% (from 29,538 OMR to 32,375 OMR). The adverse effect of climate conditions on the expected net benefits is almost the same for semi-arid and tropical zones, 24.5% and 4.8%, and 24.1% and 3.4%, for the considered scenarios. A similar pattern is observed in the optimal replanting age, with the arid zone having the earliest replanting age of 11 years in the absence of climate conditions. The rotation age further decreases to 9 years in the presence of severe climate conditions. Hence, it is optimal for citrus growers to consider WBDL treatment and climate conditions before any management decision for better outcomes. The result further indicates that farmers should undertake an increasing level and frequency of disease treatment to maximize the net benefit from lime cultivation as opposed to the current management practice. It is recommended that the government raise awareness of the cost-sharing strategy among neighboring farmers as a sort of cost-efficient collaborative effort to relieve it of the financial burden. Furthermore, large-scale lime production should be done in the middle or southern region to avoid the high risk of disease and climate in the northern region, thus maximizing profits. The findings of this study imply that the government (regulator and subsidy provider) as well as citrus growers should realize the importance of a well-managed and effective disease control program and the consequences of such a program on increasing the production of citrus.
Arabic abstract
یعاني اللیمون الحامض وھو أحد محاصیل الفاكھة الأكثر انتشارا في سلطنة عمان، من تفشي مرض مكنسة الساحرة،
وھو مرض م ّدمر. وتساعد الظروف المناخیة القاسیة في مناطق النمو على تفاقم ھذا المرض الضار وانتشاره. وقد بذل المزارعون
والحكومة جھو ًدا ضخمة للتخفیف من الأثر الاقتصادي لعدوى المرض وتحسین مردودیة إنتاج اللیمون. یعتبر تقلیم الفروع التي
تظھر علیھا الأعراض وسیلة فعالة للسیطرة على مرض مكنسة الساحرة الذي یصیب اللیمون. تھدف ھذه الدراسة الى تطویر
نموذج دینامیكي اقتصادي وحیوي باستخدام معادلة بیلمان لرسم استراتیجیة للإدارة المثلى لھذا المرض وتحدید العمر الأمثل
لإعادة زراعة أشجار الحمضیات بعد الإصابة الأولى في ظل سیناریوھات متعددة لخیارات إدارة المرض حسب الظروف
المناخیة. بالإضافة إلى ذلك، تبحث الدراسة في سیناریوھات مختلفة لوجود المرض وانتشاره في ظل الظروف المناخیة المختلفة
للمناطق القاحلة وشبھ القاحلة والاستوائیة في عمان. الجدید في ھذه الدراسة ھو أنھا أول دراسة تستعمل النمذجة لمعالجة الخسارة
الاقتصادیة المرتبطة بمخاطر المرض أو احتساب المكاسب الاقتصادیة الناتجة عن حسن إدارتھ. علاوة على ذلك، فھي أول
دراسة قامت بدمج الظروف المناخیة في النمذجة الاقتصادیة الحیویة لإدارة الأمراض الزراعیة وتقییم آثار تغیر المناخ والتفاعل
مع مرض مكنسة الساحرة باستخدام نموذج الاقتصاد الحیوي. وبناء على ما توفر لدینا فإن ھذه الدراسة تعد المحاولة الأولى
لتحلیل اقتصادي مفصل وشامل للعوامل المناخیة المحتملة التي قد تؤثر على وجود المرض وانتشاره. بالإضافة إلى ذلك، تم
إنشاء المعادلة المستخدمة التي تصف إجمالي الأضرار الناجمة عن المرض من خلال دمج سلوك المرض في الحقل وخصائص
ًا وتحلل الموارد الزراعیة المعرضة
ًا دینامیكی
ًا حیوی
الثمرة. تعد ھذه الدراسة من بین الدراسات القلیلة التي تستخدم نموذ ًجا اقتصادی
للخطر في البلدان العربیة. فھي بذلك، تعد مساھمة لمساعدة مزارعي الحمضیات على اتخاذ أفضل القرارات المتعلقة بالتخفیف
من الأمراض ومساعدة صناع السیاسات في تخطیط وتنفیذ برامج علاجیة فعالة لمواءمة مصالح المزارعین والحكومة من حیث
زیادة الربح والقیمة الاجتماعیة.
أظھرت نتائج الدراسة أن قرارات المزارع بشأن علاج المرض تتأثر بشكل كبیر بكثافة المرض ومستوى ناقلات
الحشرات في المزرعة. كما أن الظروف المناخیة المعاكسة لھا تأثیر سلبي كبیر على القیمة الاقتصادیة لزراعة الحمضیات.
وبشكل عام، فإن صافي الفوائد في المنطقة القاحلة أقل بكثیر من نظیرتھا في المنطقتین الأخریین (شبھ القاحلة والاستوائیة)
بالنسبة لجمیع السیناریوھات المدروسة. وھناك زیادة قدرھا ٪٥٥٫٦ في القیمة المتوقعة للمزرعة بسبب إدارة الأمراض في
المناطق القاحلة، بینما تكون الزیادات أقل نسبیا ٪٣٣٫٥ و٪٣٦٫٥ على التوالي. یؤدي ً في المناطق شبھ القاحلة والاستوائیة،
إدخال العوامل المناخیة في النموذج إلى زیادة فائدة إدارة المرض. وبینما تبلغ الزیادة قرابة ٪١٠٠ في المنطقة القاحلة، فإن
القیمة في المناطق شبھ القاحلة والإستوائیة تزید بنسبة ٪٦٨٫٢ و ٪٧٢٫٦ على التوالي. ھناك انخفاض ھائل في قیمة المزرعة،
بنسبة ،٪٢٩ بسبب الظروف المناخیة في المناطق القاحلة إذا ترك المرض دون إدارة (من ١٤٫٧٧٤ ریال الى ٢٠٫٨١٣ ریال).
ومع ذلك، أدت إدارة المرض إلى تحسن في قیمة المزرعة بنسبة ٪٨٫٨ (من ٢٩٫٥٣٨ ریال الى ٣٢٫٣٧٥ ریال). إن التأثیر
ًا بالنسبة للمناطق شبھ القاحلة والاستوائیة، ٪٢٤٫٥
السلبي للظروف المناخیة على الفوائد الصافیة المتوقعة ھو نفسھ تقریب
و،٪٤٫٨ و ٪٢٤٫١ و.٪٣٫٤ ولوحظ نمط مماثل في العمر الأمثل لإعادة زراعة النباتات المصابة، حیث یكون عمر إعادة
زراعتھا في المنطقة القاحلة ھو 11 ع ًاما في غیاب الظروف المناخیة. یتناقص عمر إعادة الزراعة أی ًضا إلى 9 سنوات في ظل
الظروف المناخیة القاسیة. لذلك، فمن الأجدى لمزارعي الحمضیات أن یبادروا بمعالجة مرض مكنسة الساحرة حسب الظروف
المناخیة لتحقیق نتائج أفضل. وتشیر النتائج أی ًضا إلى ضرورة زیادة مستوى وعدد مرات علاج الأمراض لتحقیق زیادة صافي
x
ً واقع الإدارة الحالیة. ومن المستحسن أن تقوم الحكومة بنشر الوعي باستراتیجیة مشاركة الأرباح من زراعة اللیمون من
بدلا
التكالیف بین المزارعین المجاورین كنوع من الجھد التعاوني الفعال من حیث التكلفة لتخفیف العبء المالي. علاوة على ذلك،
توصي الدراسة بإنتاج اللیمون على نطاق واسع في المنطقة الوسطى أو الجنوبیة وذلك لارتفاع مخاطر الأمراض والمناخ في المنطقة الشمالیة. ختاما، تشیر نتائج ھذه الدراسة إلى أھمیة وجود برنامج فعال وجید لمكافحة الأمراض مثل ما ھو مبین لزیادة
إنتاج الحمضیات.
Category
Theses and Dissertations