我國2008年草地螟大發生種群空間分布特征

黃紹哲, 羅禮智*, 姜玉英, 唐繼洪, 張 蕾

(1.中國農業科學院植物保護研究所,植物病蟲害生物學國家重點實驗室,北京 100193;2.全國農業技術推廣中心,100125)

我國2008年草地螟大發生種群空間分布特征

黃紹哲1, 羅禮智1*, 姜玉英2, 唐繼洪1, 張 蕾1

(1.中國農業科學院植物保護研究所,植物病蟲害生物學國家重點實驗室,北京 100193;2.全國農業技術推廣中心,100125)

[目的]為進一步認識草地螟大發生規律,更好地開展大尺度草地螟發生預測預報,本文對2008年草地螟大發生種群空間分布特征進行分析。[方法]對2008年我國草地螟1代成蟲和2代幼蟲發生數量與當地溫濕度條件進行回歸分析,找出影響草地螟種群空間分布特征的主要因素。[結果]草地螟成蟲發生期的環境溫濕度對隨后幼蟲發生的空間分布具有顯著的影響。草地螟成蟲集中分布在濕度60%～80%的區域內,而在相對濕度為60%～80%的區域內,溫度是草地螟成蟲和幼蟲空間分布的主導因素。成蟲主要分布在溫度高于21℃的區域內,而溫度高于27℃的區域內草地螟成蟲量較少。在成蟲盛期溫度為19～27℃的區域內易形成草地螟幼蟲大發生,特別是在溫度為21～25℃區域內發生程度更重,該溫度范圍與草地螟成蟲產卵適溫范圍相符。[結論]成蟲發生期的環境溫濕度指標應是開展大尺度空間草地螟大發生分布預測預報的重要依據。

草地螟; 大發生; 預測預報; 空間分布

草地螟(Loxostege sticticalisL.)(鱗翅目:螟蛾科)是一種世界性分布的遷飛害蟲,廣泛分布于歐亞大陸的前蘇聯加盟共和國、中國、蒙古以及美國和加拿大等,集中在北緯36°～53°之間的狹長地帶[1-4]。新中國成立以來,草地螟已經在我國有3個大發生周期共28年暴發成災,給三北地區的農牧業生產造成了巨大的經濟損失[5-6]。由于其重要的經濟意義,中外學者均對草地螟基本生物學特性,越冬和遷飛規律[7-11],世代區劃[1]以及發生為害規律[12-13]進行了長期的研究,并成功地應用于草地螟大發生的預測預報[12,14]。

在遷飛害蟲大發生的預測預報實踐中,由于其具有遠距離擴散遷飛能力,對其在大尺度空間分布的預測會對預測預報的準確性和有效性產生極大的影響[15]。已有的關于草地螟空間分布的研究中,主要包括越冬種群分布[7,16-17],成蟲遷飛[8,11,18-22],以及幼蟲大發生分布的年度間變化特征[12,17],但是對于大尺度的草地螟幼蟲大發生空間分布特征及其影響因素的研究則鮮見報道。而且環境條件的不斷變化,例如“退耕還林還草”對傳統發生區內植被條件的改善,全球氣候變暖等,草地螟的大發生亦表現出了新的特點[6]。因此,要求從事草地螟研究的科研工作者和相關的植保工作者對草地螟的基本生活史對策,預測預報技術和綜合防治技術進行持續的研究,否則將無法應對未來的草地螟大發生挑戰。本文即對2008年我國草地螟大發生空間分布特征及其影響因子進行分析,以期進一步認識草地螟發生規律,并為開展大尺度草地螟大發生空間分布的預測預報提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 蟲情資料

本文所引2008年1代草地螟成蟲,2008年2代草地螟幼蟲大發生分布數據,由各省植保站調查獲得,并由全國農業技術推廣服務中心測報處匯總提供。草地螟成蟲數量采用燈誘監測,草地螟幼蟲發生數據則來自大田調查,調查方法參考《農區草地螟預測預報技術規范》[23]。數據統計范圍包括內蒙古 、寧夏 、山西 、陜西 、河北 、北京 、天津 、遼寧 、吉林 、黑龍江省(市)、自治區。其中將內蒙古的烏蘭察布盟、呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市、巴彥淖爾市、烏海市、阿拉善盟,以及寧夏、山西、陜西、河北、北京、天津的發生區定義為華北發生區。將內蒙古的錫林郭勒盟、赤峰市、通遼市、興安盟、呼倫貝爾盟,以及遼寧、吉林、黑龍江的發生區定義為東北發生區。本文中采用了研究區域內的11省區的76個監測站的數據,站點的地理位置,部分系作者調查過程中用GPS測得,部分為地方提供,還有小部分站點系由地方提供詳細地址,再經《全中國電子地圖》系統中測得。本文分析中所用2008年1代草地螟成蟲數量,為1代成蟲盛發期的7月下旬至8月上旬的燈下誘蛾總量。

1.2 氣象資料

本文所引氣象資料均從中國氣象科學數據共享服務網下載獲得(http:∥cdc.cma.gov.cn),文中所用溫濕度旬均值數據均由平均氣溫和平均相對濕度日值數據計算而來。

1.3 氣象數據空間估計

本文中對所獲得的氣象數據,經地質統計學軟件GS+分析后,選擇最佳擬合模型,再用地理信息系統軟件SuperMap2008(北京超圖軟件公司)進行克里格插值(Kriging),并進行空間分析,最后生成布局圖。

1.4 其他統計方法

為確定成蟲盛發期環境溫濕度對草地螟成蟲空間分布的影響,以及成蟲數量,成蟲盛發期環境溫濕度對隨后的幼蟲種群空間分布的影響,分別將草地螟成蟲數量和幼蟲數量進行對數(lg)轉換,再運用SAS8.02進行逐步回歸分析,以確定各因子對草地螟成蟲和幼蟲種群空間分布的影響。回歸分析中所用的監測點環境溫濕度數據,系從環境溫濕度插值結果中提取得到。

2 結果與分析

2.1 2008年草地螟1代成蟲種群空間分布特征

2008年,我國草地螟1代幼蟲輕發生,全國僅發生70萬hm2左右,主要分布在內蒙古東部,且密度較低。然而由于7月底至8月初大量草地螟1代成蟲從俄羅斯東部地區和蒙古國東部地區大量遷入我國[6],并向華北和東北地區擴散,導致包括內蒙古 、陜西 、山西 、寧夏 、河北 、北京 、天津 、遼寧 、吉林 、黑龍江省(市)自治區出現大面積高密度1代成蟲,發生面積達2 000萬hm2。除天津和河北中南部地區外,華北和東北各地燈下誘蛾量大,多數站點在7月底至8月初出現單燈單日誘蛾量過萬的情況,內蒙古商都縣更是在7月29日至8月6日之間連續多天誘蛾量過10萬,最高的單日單燈誘蛾量達53萬頭,黑龍江樺南縣在8月6日的單燈誘蛾量達到85萬頭。

通過對成蟲盛發期的環境溫濕度對成蟲總量的回歸分析表明,環境濕度對草地螟成蟲的空間數量沒有明顯的影響。另外,通過對草地螟成蟲盛發期的8月上旬環境平均相對濕度的插值分析(R2=0.949)可以看出(圖1),草地螟成蟲廣泛分布在平均相對濕度高于50%的區域內,雌蟲的卵巢發育級別以3～4級為主,大多數成蟲分布在平均相對濕度在60%～80%的區域內,在這一區域內成蟲分布并不均勻,表明在適宜的濕度范圍內,濕度不再是影響成蟲空間分布的主要因素。

圖1 2008年草地螟1代成蟲分布與8月上旬平均相對濕度的關系

通過對成蟲盛發期的環境溫濕度對成蟲總量的回歸分析表明,環境溫度對草地螟成蟲的空間數量有極顯著的影響(F=17.41,p＜0.01)。而通過對草地螟成蟲盛發期的8月上旬環境平均溫度的分析(R2=0.992)可以看出(圖2),除內蒙古額爾古納右旗外,草地螟成蟲分布區的平均溫度均高于21℃。但在平均溫度高于27℃的天津,以及河北中南部地區成蟲數量明顯較少,多數站點在7月底至8月上旬的累計誘蛾量不超過1 000頭。這表明,在濕度條件適宜的情況下,溫度對草地螟成蟲的空間分布具有明顯的影響。

2.2 2008年草地螟2代幼蟲空間分布特征

2008年草地螟2代幼蟲特大發生,為歷史上發生最重的年份和代次,幼蟲的主要發生期為8月中下旬。通過對成蟲盛發期種群數量和環境溫濕度對隨后幼蟲種群密度的回歸分析發現,成蟲盛發期的環境濕度對隨后幼蟲發生沒有顯著的影響。另外,通過對幼蟲發生的空間分布與成蟲盛發期8月上旬的環境平均相對濕度分布的關系分析可以看出(圖3),在成蟲盛期內濕度大于50%的區域內,隨后草地螟幼蟲普遍發生,特別是在濕度為60%～80%的區域內形成重發生,黑龍江省的幼蟲密度高達300～500頭/m2。同樣在相對濕度為70%～80%的河北北部和河北中南部及北京、天津、幼蟲發生格局不同,河北北部地區的康保縣和豐寧縣的幼蟲密度分別達到了700頭/m2和300頭/m2。但是在北京、天津和河北中南部地區,雖然之前有成蟲分布,卻很少有幼蟲發生,僅在天津和河北滄縣發現低密度幼蟲。這表明,適宜的濕度范圍內,濕度對幼蟲發生的空間分布亦無明顯的影響。

通過對成蟲盛發期種群數量和環境溫濕度對隨后幼蟲種群密度的回歸分析發現,成蟲盛發期的環境溫度對隨后的草地螟幼蟲發生有極顯著的影響(F=24.34,p＜0.01)。另外,通過對成蟲盛發期的8月上旬的環境平均溫度分布的分析可以看出(圖4),在成蟲盛期平均溫度在21～25℃的區域內,隨后的幼蟲大發生,特別是在黑龍江、內蒙古中部、河北北部的許多地方,草地螟幼蟲的平均密度高達300頭/m2以上。而在成蟲盛發期平均溫度在25～27℃之間的區域,草地螟幼蟲發生密度相對較低,例如內蒙古的赤峰、通遼和興安盟地區,密度多為10～50頭/m2,在河北承德更是低至3頭/m2。在成蟲盛發期平均溫度大于27℃的天津,河北中南部地區,草地螟幼蟲只有零星的發生,例如天津幼蟲密度僅為1頭/m2,而河北滄縣則僅有0.1頭/m2。這表明,在濕度條件適宜的情況下,溫度對幼蟲發生的空間分布具有明顯的影響。

對成蟲盛發期種群數量和環境溫濕度對隨后幼蟲種群密度的回歸分析還發現,除成蟲盛發期環境溫度對隨后幼蟲的空間分布有影響外,成蟲數量亦對幼蟲發生有顯著的影響(F=4.36,p＜0.05)。

圖4 2008年草地螟2代幼蟲發生與1代成蟲盛發期平均溫度的關系

3 討論

關于環境溫濕度條件對草地螟大發生的影響,有過部分的研究,中俄學者均認為,環境溫濕度條件是草地螟種群空間分布的決定性因子,并將其用于生產實踐中的預測預報[7,12,14,24-27]。室內研究發現,高溫對成蟲產卵有極顯著的影響,即使作用時間比較短,也可以導致其卵量的嚴重下降,而且即使草地螟雌蟲已經有發育成熟的卵,在經過高溫刺激后,其卵的生命力亦嚴重下降[28]。16℃和34℃是草地螟成蟲產卵溫度的下限和上限,而19～25℃為其產卵適溫范圍[26]。低于44%的相對濕度對草地螟雌蟲的產卵有明顯的抑制作用[29]。在本研究中,分析的結果與室內研究結果一致,草地螟成蟲趨向于集中在濕度60%～80%之間的高濕環境內。2008年大量的1代成蟲從俄羅斯和蒙古國遷入我國后,進一步向華北和東北地區擴散[6],因此,環境濕度系通過調控草地螟成蟲飛行行為的發生,進而影響其在空間上的分布。在平均相對濕度為60%～80%的區域內,成蟲和幼蟲的分布主要受到環境溫度的影響,幼蟲發生主要集中在溫度為19～27℃的區域內,特別是在溫度為21～25℃區域內發生程度更重,這與草地螟的最適產卵溫度范圍相符。在溫度高于27℃的天津和河北中南部地區的成蟲量較小,這表明溫度對成蟲的空間分布亦有一定的影響,因此溫度是通過對草地螟成蟲遷飛和產卵的調控來決定草地螟幼蟲發生的空間分布。這與前人的室內研究相符,草地螟產卵適溫范圍應是未來開展大尺度草地螟大發生預測預報中的一個重要依據。

本文研究表明,成蟲盛期種群數量對隨后的幼蟲大發生亦有影響。而2008年我國草地螟的1代成蟲主要系遷入蟲源,因此本文的分析結果具有一定的局限性。對于剛羽化的草地螟成蟲,室內研究表明溫濕度對其產卵均有影響[26,29],由于大田觀測結果在預測預報實踐中作用更為突出,尚需對大田環境條件下溫濕度對本地羽化草地螟成蟲的影響作進一步的分析,以完善環境溫濕度對草地螟成蟲和幼蟲大發生空間分布的影響。

對遷飛害蟲的大尺度空間發生預測預報是一個很具有挑戰性的課題,基于本文的研究結果,結合對草地螟成蟲種群的實時監測,及對環境溫濕條件的預測預報,可以對草地螟的大尺度發生進行比較準確的預測預報。而由于草地螟是一種大尺度遷飛性害蟲,且在我國的相鄰國家亦有大量的分布[30-32],要在生產實踐中實現對其較精確的預測預報,還有以下幾個問題需要進一步的研究:1)草地螟成蟲的遷飛機制,特別是氣流因子的作用,以及草地螟成蟲的多次遷飛;2)草地螟蟲源調查,及遷飛軌跡的預測;3)大面積草原及農牧交錯區的草地螟成蟲種群監測。如果這些問題能夠比較好地解決,結合地理信息系統平臺的應用,未來即可以建立起我國草地螟比較精確的大發生空間分布預測技術體系,為我國草地螟防控工作提供很好的支撐。

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Characteristics of spatial distribution pattern of Loxostege sticticalis outbreak population in China in 2008

Huang Shaozhe1, Luo Lizhi1, Jiang Yuying2, Tang Jihong1, Zhang Lei1
(1.State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests,Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing100193,China;2.National Agro-Technical Extension and Service Centre,Beijing100125,China)

[Objective]For the purpose of better understanding the outbreak dynamics,and improving the forecasting of beet webworm outbreak on macro scale,case analysis was conducted on beet webworm outbreak in 2008.[Method]Regression analysis between the amount of the first generation adults and the second generation larvae in 2008 and the local temperature and humidity were made to find the factors affecting the spatial distribution ofLoxostege sticticalis.[Result]Environmental temperature and relative humidity conditions during the outbreak period of beet webworm adult greatly affected the spatial distribution pattern of subsequent larvae outbreak population.Beet webworm adults were mainly distributed within the areas with relative humidity between 60%-80%,and temperature was the main factor determining the spatial distribution pattern beet webworm adults and larvae within this area.The beet webworm adults were mainly distributed in the areas with a temperature higher than 21℃,and the adult population was relatively low when the temperature was over 27℃.Larvae outbreak happened within areas with a temperature between 19-27℃during the outbreak period of beet webworm adult,and more severe outbreaks occurred when the temperature was between 21-25℃,which was the most suitable temperature range for adult oviposition.[Conclusion]The environmental temperature and relative humidity should be taken as important parameters in forecasting the spatial distribution of outbreak population of beet webworm on macro scale.

Loxostege sticticalis; outbreak; forecasting; spatial distribution

S 431.14;S 433.4

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2011.04.016

2010-06-09

2010-11-12

國家攻關專題(2005BA529A03,2005BA529A04);中央財政國家重點實驗室自主研究課題專項(SKL2009SR02)

*通信作者E-mail:lzluo@ippcaas.cn