草地螟一代幼蟲(chóng)最佳防治期氣象預(yù)報(bào)模型

唐紅艷,牛寶亮

(內(nèi)蒙古興安盟氣象局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400)

草地螟(Loxostegesticticalis)是我國(guó)北方農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的重要害蟲(chóng)，具有間歇暴發(fā)、集中遷移危害的特點(diǎn)[1-2]。草地螟幼蟲(chóng)暴發(fā)時(shí)一夜之間便可吃光一片地，在短期內(nèi)造成毀滅性災(zāi)害[3]。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)草地螟一代幼蟲(chóng)危害期，提前采取有效防治措施，對(duì)最大限度減輕災(zāi)害損失具有重要意義。

草地螟防治是保證農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，適期進(jìn)行防治不僅防治效果好，還能達(dá)到少藥、高效、少污染的效果，若適期防治時(shí)間延誤一天都會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失。草地螟初孵幼蟲(chóng)(1～2齡)主要取食雜草，食量較小，3齡以后向附近農(nóng)田轉(zhuǎn)移，開(kāi)始危害農(nóng)作物，4～5齡進(jìn)入暴食階段(占總食量的95%)，是草地螟對(duì)農(nóng)作物的危害盛期[3-4]。因此，草地螟防治的最佳時(shí)期應(yīng)在3齡幼蟲(chóng)期之前。為了準(zhǔn)確掌握草地螟一代幼蟲(chóng)最佳防治期，前人通過(guò)對(duì)草地螟成蟲(chóng)蛾峰日期的監(jiān)測(cè)和分析雌蛾卵巢發(fā)育級(jí)別，并參考多年平均氣象條件來(lái)估算草地螟3齡幼蟲(chóng)期，從而確定草地螟最佳防治期[5-11]。上述研究大都以成蟲(chóng)發(fā)育情況為依據(jù)，根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)估算草地螟一代幼蟲(chóng)最佳防治期，考慮當(dāng)年環(huán)境氣象條件對(duì)草地螟產(chǎn)卵孵化以及低齡幼蟲(chóng)發(fā)育進(jìn)度的影響不足，屬于定性預(yù)報(bào)方法。溫度是昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的主導(dǎo)因素，已有研究建立了溫度與昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)系的多種模型[12]，有效積溫在昆蟲(chóng)發(fā)育期和發(fā)生代數(shù)預(yù)測(cè)研究中得到廣泛應(yīng)用[10,13]。事實(shí)上，昆蟲(chóng)的生存、發(fā)生、發(fā)展不僅僅受溫度影響，還與其他環(huán)境氣象條件關(guān)系密切[14]。草地螟越冬代成蟲(chóng)出現(xiàn)蛾峰后，草地螟成蟲(chóng)產(chǎn)卵持續(xù)期、卵孵化速度以及各齡幼蟲(chóng)的發(fā)育速度都受當(dāng)年氣象條件影響而有所不同，因此每年的最佳防治期也會(huì)不同。本研究在分析氣象條件對(duì)草地螟發(fā)生規(guī)律影響的基礎(chǔ)上[15-16]，以監(jiān)測(cè)到越冬代成蟲(chóng)蛾峰作為初始日，建立蛾峰初始日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)定量氣象預(yù)報(bào)模型，通過(guò)預(yù)報(bào)越冬代成蟲(chóng)蛾峰至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)來(lái)確定草地螟最佳防治期，以期為農(nóng)業(yè)部門(mén)及農(nóng)民及時(shí)、科學(xué)開(kāi)展草地螟防治工作提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

興安盟(44°14′～47°39′ N，119°28′～123°38′ E)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，地處大興安嶺向松嫩平原過(guò)渡地帶，國(guó)土面積598.15萬(wàn)hm2，農(nóng)作物播種面積77.863萬(wàn)hm2(2011年)，草原面積303.4萬(wàn)hm2，屬于典型的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)。草地資源分布廣泛，分為草甸草原、干草原、低地草甸和沼澤等。牧草種類主要有貝加爾針茅(Stipabaicalensis)、野古草(Arundinellaanomala)、羊草(Leymuschinensis)、柳蒿(Artemisiaintegrifolia)、冷蒿(A.frigida)、灰菜(Chenopodiumalbum)、豬毛菜(Salsolacollina)等。該區(qū)屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫-2.2～6.8 ℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫1 456.9～3 171.2 ℃·d，年降水量361.9～460.0 mm，蒸發(fā)量1 135.9～2 046.5 mm，無(wú)霜期65～160 d，光照充足。由于草地螟幼蟲(chóng)屬于雜食性害蟲(chóng)，半農(nóng)半牧區(qū)的土地利用特點(diǎn)以及分布廣泛的豆科、藜科、百合科等草地螟喜食植物，為草地螟的生存、繁殖提供了良好的環(huán)境及植被條件。

2 資料與方法

草地螟發(fā)育歷期觀測(cè)資料來(lái)源于內(nèi)蒙古興安盟植保站，包括1979-2010年草地螟越冬代成蟲(chóng)始見(jiàn)期、蛾峰日期、產(chǎn)卵期、卵孵化期天數(shù)和各齡幼蟲(chóng)期等，氣象資料來(lái)源于內(nèi)蒙古烏蘭浩特市氣象局1979-2010年的逐日氣象資料，包括逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、相對(duì)濕度以及日照時(shí)數(shù)等。農(nóng)作物播種面積數(shù)據(jù)來(lái)源于興安盟統(tǒng)計(jì)局，草原面積數(shù)據(jù)來(lái)源于興安盟農(nóng)牧業(yè)局。由于草地螟的發(fā)生具有間歇性，最長(zhǎng)連續(xù)資料只有1996-2010年，本研究中均采用1996-2010年資料，氣候資料平均值均采用1981-2010年。對(duì)旬氣象因子進(jìn)行膨化處理，生成不同組合的連續(xù)時(shí)段氣象因子集，與草地螟越冬代成蟲(chóng)產(chǎn)卵孵化期、1～3齡幼蟲(chóng)發(fā)育期、蛾峰初始日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析和典型年份對(duì)比分析，選取相關(guān)系數(shù)大、又具有一定物理意義的氣象因子，采用最優(yōu)子集多元回歸方法建立草地螟越冬代成蟲(chóng)蛾峰初始日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)預(yù)報(bào)模型。以草地螟越冬代成蟲(chóng)出現(xiàn)蛾峰作為初始日，通過(guò)預(yù)測(cè)蛾峰初始日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)來(lái)確定草地螟最佳防治期。

3 結(jié)果與分析

3.1影響越冬代成蟲(chóng)產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)的關(guān)鍵氣象因子 在草地螟越冬代成蟲(chóng)蛾峰日期一定的前提下，草地螟成蟲(chóng)產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)和幼蟲(chóng)發(fā)育期持續(xù)天數(shù)決定了草地螟最佳防治期。6月中、下旬是興安盟地區(qū)草地螟成蟲(chóng)產(chǎn)卵和幼蟲(chóng)孵化盛期，產(chǎn)卵孵化期的持續(xù)天數(shù)受氣象因子影響年際間差異顯著，導(dǎo)致一代幼蟲(chóng)發(fā)生期和最佳防治期也不同。相關(guān)分析結(jié)果(表1)表明，影響草地螟產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)最關(guān)鍵的時(shí)期是6月，關(guān)鍵氣象因子是溫度、降水量和相對(duì)濕度。產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)與產(chǎn)卵孵化期間的溫度呈負(fù)相關(guān)，與降水量和相對(duì)濕度呈正相關(guān)，即高溫縮短產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，低溫延長(zhǎng)產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，而低濕縮短產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，高濕延長(zhǎng)產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)。其中,與6月中、下旬平均溫度的負(fù)相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05信度檢驗(yàn)，與6月中旬的降水量和6月上、中旬的相對(duì)濕度正相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.01信度檢驗(yàn)，影響最顯著的因子是6月上、中旬相對(duì)濕度。

1996-2008年典型年份統(tǒng)計(jì)結(jié)果也表明，6月中旬平均最高溫度超過(guò)30 ℃的有5年(1997、2000、2004、2007和2008年)，這5年的溫度距平在4～6 ℃，對(duì)應(yīng)的6月中旬平均溫度都超過(guò)23 ℃，6月中旬降水量不足10 mm，相對(duì)濕度都不足50%，對(duì)應(yīng)上述年份的產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)都在4～6 d；而6月中旬最高溫度低于26 ℃的也有5年(1996、1998、2001、2002和2003年)，對(duì)應(yīng)的6月中旬平均溫度都低于21 ℃，6月中旬的降水量都超過(guò)15 mm，相對(duì)濕度超過(guò)60%，對(duì)應(yīng)上述年份的產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)都在7～9 d(表2)。說(shuō)明草地螟產(chǎn)卵孵化期間遇高溫低濕天氣明顯縮短產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，最佳防治期有可能提前；而低溫高濕天氣則延長(zhǎng)產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)，最佳防治期有可能推遲。分析結(jié)果可作為預(yù)報(bào)輔助因素或模型訂正因素。

表1 草地螟產(chǎn)卵孵化期持續(xù)天數(shù)與氣象因子相關(guān)分析結(jié)果Table 1 Correlation analyses between spawning and hatching time and meteorological factors

3.2影響草地螟1～3齡幼蟲(chóng)發(fā)育速度的關(guān)鍵氣象因子 相關(guān)分析結(jié)果(表3)表明，1～3齡幼蟲(chóng)發(fā)育速度與6月中、下旬平均 (最高) 溫度呈負(fù)相關(guān)，即高溫加快幼蟲(chóng)發(fā)育，縮短1～3齡幼蟲(chóng)期，一代幼蟲(chóng)危害期和最佳防治期提前；與6月上、中旬降水量呈正相關(guān)，即降水量多延緩幼蟲(chóng)發(fā)育，1～3齡幼蟲(chóng)期延長(zhǎng)，一代幼蟲(chóng)危害期和最佳防治期推遲；與6月上、中旬日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)。影響1～3齡幼蟲(chóng)發(fā)育的關(guān)鍵氣象因子是6月上、中旬降水量，其次為6月中、下旬平均最高溫度。分析結(jié)果同樣可作為預(yù)報(bào)輔助因素或模型訂正因素。

3.3影響草地螟蛾峰至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)的關(guān)鍵氣象因子 1996-2008年草地螟歷史資料表明，蛾峰至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)最短為13 d，最長(zhǎng)為28 d，持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短。對(duì)蛾峰至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)與膨化后的氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果(表4)表明，持續(xù)天數(shù)與4月上、中旬日照時(shí)數(shù)，5月中旬日照時(shí)數(shù)，6月上、中旬降水量和相對(duì)濕度都呈正相關(guān)，即降水量多、相對(duì)濕度大，持續(xù)天數(shù)延長(zhǎng)，最佳防治期推遲；與6月上、中旬平均 (最高) 溫度呈負(fù)相關(guān)，即高溫加快幼蟲(chóng)發(fā)育，縮短持續(xù)天數(shù)，最佳防治期提前。此期影響最顯著的氣象因子是6月上、中旬相對(duì)濕度和降水量，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.754 8和0.693 8，均通過(guò)0.01信度檢驗(yàn)，其次是4月中旬至6月中旬平均最高溫度和6月上、中旬平均溫度，相關(guān)系數(shù)均通過(guò)0.05信度檢驗(yàn)。日照時(shí)數(shù)的影響相對(duì)弱些。

3.4越冬代成蟲(chóng)蛾峰至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)預(yù)報(bào)模型的建立 草地螟最佳防治期預(yù)報(bào)方法可采用分別建立產(chǎn)卵孵化期和1～3齡幼蟲(chóng)期預(yù)報(bào)模型，也可采用建立蛾峰日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)預(yù)報(bào)模型。為便于開(kāi)展草地螟防治期氣象預(yù)報(bào)服務(wù)并減小分別建立模型的預(yù)報(bào)誤差，本研究采用蛾峰日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)預(yù)報(bào)模型。以越冬代成蟲(chóng)出現(xiàn)蛾峰日為初始日期，考慮因子物理意義和預(yù)報(bào)時(shí)效性，選取相關(guān)系數(shù)相對(duì)大的氣象因子，采用最優(yōu)子集多元回歸方法建立蛾峰初日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)預(yù)報(bào)模型：

表2 產(chǎn)卵孵化期氣象指標(biāo)Table 2 Meteorological indexes of during days of spawning and hatching

表3 1～3齡幼蟲(chóng)期與氣象因子相關(guān)分析結(jié)果Table 3 Correlation analyseis between the duration days from 1-age to 3-age larvae and meteorological factors

表4 蛾峰至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)與氣象因子相關(guān)分析結(jié)果Table 4 Correlation analyses between the duration days from the first day of peak catch to 3-age larvaeand meteorological factors

Y=37.5+0.137 5X1-0.255 5X2+0.171 5X3+0.559 0X4(R2=0.861 6)

模型通過(guò)0.01信度檢驗(yàn)。式中，Y為蛾峰初日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)，X1為5月中旬日照時(shí)數(shù)，日照時(shí)數(shù)多則延長(zhǎng)草地螟成蟲(chóng)的產(chǎn)卵孵化期，日照時(shí)數(shù)少則縮短草地螟成蟲(chóng)產(chǎn)卵孵化期；X2為4月中旬至6月中旬平均最高溫度和，溫度高，草地螟成蟲(chóng)產(chǎn)卵孵化期縮短，溫度低則產(chǎn)卵孵化期延長(zhǎng)；X3為6月上旬降水量，降水量少，幼蟲(chóng)發(fā)育速度快，降水量多則幼蟲(chóng)發(fā)育速度慢；X4為6月上、中旬相對(duì)濕度和，相對(duì)濕度小，幼蟲(chóng)發(fā)育速度快，相對(duì)濕度大則幼蟲(chóng)發(fā)育速度慢。

根據(jù)模型中氣象因子所處時(shí)段，6月下旬初即可預(yù)報(bào)草地螟蛾峰初日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)。蛾峰初日日期加上蛾峰至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)就是草地螟一代幼蟲(chóng)最佳防治期的開(kāi)始日期。

3.5模型檢驗(yàn) 利用1996-2008年的歷史資料進(jìn)行模型的模擬檢驗(yàn)(圖1)，有7年(54%)絕對(duì)誤差小于1 d，有4年(31%)絕對(duì)誤差在1～2 d，只有2年(15%)絕對(duì)誤差在2～4 d。平均絕對(duì)誤差只有1.2 d，模擬效果較好。

應(yīng)用2009-2010年實(shí)況氣象資料進(jìn)行試報(bào)檢驗(yàn)，2009年蛾峰初日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)預(yù)報(bào)結(jié)果為25.6 d，實(shí)際為28 d，絕對(duì)誤差2.4 d；2010年預(yù)報(bào)結(jié)果為17.7 d，實(shí)際為15 d，絕對(duì)誤差2.7 d?？傮w看，預(yù)報(bào)結(jié)果基本準(zhǔn)確，可以應(yīng)用到氣象預(yù)報(bào)服務(wù)中。

圖1 蛾峰初日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)預(yù)報(bào)模型模擬結(jié)果Fig.1 Result of forecast model simulation for the duration days from the first day of peak catch to 3-age larvae

4 討論與結(jié)論

草地螟適期防治不僅防治效果好，還能夠最大限度減輕災(zāi)害損失。高溫、少雨、低濕天氣加快越冬代成蟲(chóng)產(chǎn)卵孵化及幼蟲(chóng)發(fā)育，從而使蛾峰至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)縮短，一代幼蟲(chóng)危害期提前，最佳防治期也相應(yīng)提前；而低溫、多雨、高濕天氣延緩越冬代成蟲(chóng)產(chǎn)卵孵化及幼蟲(chóng)發(fā)育，從而使蛾峰至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)延長(zhǎng)，一代幼蟲(chóng)危害期推遲，最佳防治期也相應(yīng)推遲。

前人對(duì)草地螟最佳防治期的預(yù)測(cè)都以定性預(yù)報(bào)為主[5-11]，估算誤差相對(duì)大，本研究以越冬代成蟲(chóng)出現(xiàn)蛾峰為初始日期，考慮因子物理意義和預(yù)報(bào)時(shí)效性，選取相關(guān)系數(shù)相對(duì)大的氣象因子，采用最優(yōu)子集多元回歸方法建立了越冬代成蟲(chóng)蛾峰日至3齡幼蟲(chóng)期持續(xù)天數(shù)定量預(yù)報(bào)模型。預(yù)報(bào)模型通過(guò)0.01信度檢驗(yàn)，回代檢驗(yàn)平均誤差僅有1.2 d，2009-2010年試報(bào)檢驗(yàn)平均誤差2.55 d，模型預(yù)報(bào)誤差較小。研究結(jié)果從當(dāng)年氣象條件出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了定量預(yù)報(bào)草地螟一代幼蟲(chóng)最佳防治期的目標(biāo)，對(duì)于今后開(kāi)展草地螟最佳防治期預(yù)報(bào)服務(wù)具有重要意義。

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