氣溫變化對沙棘木蠹蛾成蟲發生期的影響

葛雪貞， 姚國龍， 駱有慶， 王 濤， 何善勇， 宗世祥＊

（1.北京林業大學省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083；2.寧夏彭陽縣林業局，寧夏 756500；3.北京市門頭溝區林業工作站，北京 102300）

政府間氣候變化專業委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，簡稱IPCC）第4次評估報告中指出，最近100年（1906—2005年）氣溫變化的線性趨勢達0.74 ℃（0.56～0.92 ℃）［1］，全球氣候系統的變暖是不爭的事實?？傮w而言，中國的氣溫變化與全球變化有相當的一致性，然而，在一些地區或者一定時期內也可能出現極端氣溫降低的現象，在我國黃河下游地區，年、春季和夏季平均極端高溫均出現較明顯的下降趨勢［2］；西南地區春、夏季氣溫有一定下降，春季降溫尤為明顯［3］；西北地區東部夏季平均最高氣溫有下降趨勢，中部除冬季外所有季節平均最高氣溫都顯著下降［4］。

昆蟲屬于變溫動物，自身受氣溫變化的影響較大，包括昆蟲的發育速率、與寄主植物的同步性、種群數量以及分子學及生態機制等［5］。受氣溫升高的影響，在甘肅省武威市，麥長管蚜［Macrosiphum miscanthi（Takahashi）］和棉鈴蟲［Helicoverpa armigera （Hübner）］的繁殖生育時間提前，發生的世代數增加，為害期相應延長，對寄主作物的為害程度呈逐漸加重趨勢，蚜蟲由低海拔川區向高海拔山區遷飛的時間提前，高峰期蚜量呈增加趨勢［6］，在遼寧省建平縣，油松毛蟲（Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu）幼蟲下樹結束期顯著提前［7］。目前關于昆蟲受氣溫降低的影響尚未有研究。

沙棘木蠹蛾（Holcocerus hippophaecolus Hua et Chou）屬鱗翅目（Lepidoptera）木蠹蛾科（Cossidae）線角木蠹蛾屬（Holcocerus），全稱為沙棘線角木蠹蛾，主要以幼蟲為害沙棘的主干和根部，使其大部分被蛀空，導致沙棘整株枯死。近年來，該蟲在中國陜西、山西、內蒙古、遼寧、寧夏和河北等主要沙棘種植區大面積發生，為害面積達33.3萬hm2，其中有大約16.7萬hm2完全枯死，并且其為害正呈加劇之勢，給我國的沙棘產業造成了巨大的損失［8－11］。

目前，有關沙棘木蠹蛾成蟲發生期受氣溫變化影響的研究還未見報道，為了解氣溫變化對沙棘木蠹蛾成蟲發生期的影響，本文通過分析2005—2011年寧夏彭陽縣的氣溫變化，并結合2006—2011年期間該地區沙棘木蠹蛾成蟲發生期的歷史資料，對沙棘木蠹蛾成蟲發生期的變化趨勢進行了分析，探討了發生期與氣溫之間的相關性，以期為有效防控沙棘木蠹蛾災害提供參考和依據。

1 材料和方法

1.1 資料來源

1.1.1 沙棘木蠹蛾成蟲發生期資料

來源于寧夏回族自治區彭陽縣陽洼監測點，該地從2005年始就利用全自動蟲情測報燈對沙棘木蠹蛾成蟲發生期和發生量進行監測。發生期的調查按照統計學的要求，將害蟲種群內所有個體進入某一蟲態或蟲齡期的發育進度百分率達16%、50%、84%左右的時期，分別劃作始盛期、高峰期和盛末期。

1.1.2 氣象數據

包括月均氣溫、月均最高氣溫和月均最低氣溫3種氣溫數據，均由寧夏彭陽縣氣象局提供。

1.2 分析方法

1.2.1 趨勢分析

氣溫和沙棘木蠹蛾發生期（y）分別隨年序列（x）的變化趨勢均采用一元線性傾向估計法進行分析，該方法認為因變量的變化趨勢可以用一次直線方程y＝a＋b x來進行描述，一般地將b＊10稱為該因變量的變化傾向率［12］，a為常數，b為回歸系數，a和b由最小二乘法進行估計［13］。

相關系數R表示變量y與自變量x之間線性相關的密切程度，若∣R ∣＞R（a，n－2），則表示y隨x的變化趨勢是顯著的，否則表明變化趨勢不顯著。

1.2.2 發生期相關氣溫因子選擇

由于沙棘木蠹蛾成蟲始見于5月末，終見于9月初［14］，所以為探討氣溫與沙棘木蠹蛾成蟲發生期之間的相關性，分別選擇5－6月、6月、6－7月、8－9月和5－9月平均氣溫作為成蟲始見期、始盛期、高峰期、盛末期、結束期和整個成蟲期的參考變量。最終選擇5－6月平均氣溫作為始見期的考察變量，6月平均氣溫作為始盛期的參考變量，6－7月平均氣溫作為高峰期和盛末期的參考變量，8－9月平均氣溫作為結束期的考察變量，5－9月平均氣溫作為整個成蟲期的參考變量。

1.2.3 相關性分析

參考 Hassall等［15］的研究方法，使用SPSS13.0軟件中的Kendall非參數估計法對氣溫與沙棘木蠹蛾成蟲發生期進行了相關性分析，該方法為常用的雙變量相關性分析方法，適用于非正態或分布不明的變量值，計算時先對離散數據進行排序或對連續變量的值求秩，再計算其秩分數間的相關系數。｜R｜≥0.8表示高度相關；0.5≤｜R｜＜0.8表示中度相關；0.3≤｜R｜＜0.5表示低度相關；｜R｜＜0.3表示關系極弱，認為不相關。當相關系數檢驗的t統計量的顯著性概率P＜0.05時，說明兩個變量間相關性顯著，通常在概率值上方用“＊ 表示；當P＜0.01時，說明兩個變量間相關性極顯著，通常在概率值上方用“＊＊”表示；當P＞0.05時，說明兩個變量間沒有顯著的相關關系，只顯示概率值［16］。

2 結果與分析

2.1 歷年5－9月氣溫變化趨勢

對2005－2011年寧夏彭陽縣5－9月月均氣溫，月均最高氣溫，月均最低氣溫進行線性傾向估計分析，結果如表1和圖1所示。近7年來，彭陽縣月均氣溫，月均最高氣溫隨著年份的變化總體均呈現出下降的變化趨勢，而月均最低氣溫隨著年份的變化呈現出上升的變化趨勢。其中，月均氣溫的氣溫傾向率最大，為－0.89℃／10年，月均最高氣溫的氣溫傾向率為－0.57℃／10年，兩者降溫趨勢均不顯著；而月均最低氣溫的氣溫傾向率為0.18℃／10年，升溫趨勢極不顯著。綜上分析，2005－2011年期間，寧夏彭陽縣氣溫呈現一定的下降趨勢，但趨勢不顯著。

表1 各溫度變化因子的變化傾向率及變化趨勢顯著性結果Table 1 The change tendency rate of temperature factors and the significance

圖1 2005－2011年5－9月氣溫變化趨勢Fig.1 The change trend of mean temperature in May to September from 2005to 2011

2.2 歷年成蟲發生期變化趨勢

對2006－2011年沙棘木蠹蛾成蟲發生期的變化進行分析，線向結果及年變化趨勢如表2和圖2所示，6年間，沙棘木蠹蛾成蟲的始見期、始盛期、高峰期、盛末期、結束期和歷期均隨著年份的變化總體呈現出延遲的變化趨勢，發生期呈現出延長的變化趨勢。其中，結束期延遲的幅度最大，發生期傾向率達到84.571d／10年，而始見期、始盛期、高峰期、盛末期和歷期的發生傾向率分別為10.857、16.000、25.429、60.851d／10年和73.714d／10年。

2.3 氣溫與成蟲發生期的相關性

由以上分析可知，過去的7年中，彭陽縣氣溫變化呈現一定的下降趨勢，為了解氣溫變化與成蟲發生期之間的相關性，利用Kendall非參數估計方法計算了各發生期之間的相關系數，結果如表3所示。

沙棘木蠹蛾成蟲始見期與氣溫之間呈現出中度的負相關關系，整個成蟲期與氣溫之間呈現出低度的負相關關系，而始盛期、高峰期、盛末期和結束期與氣溫的相關性極弱，基本可認為不相關。結果表明該地區近年來的氣溫雖然在一定程度上有所降低，但還沒有對沙棘木蠹蛾成蟲的發生期產生很大的影響，僅對其始見期和整個成蟲期有一定的影響。

表2 沙棘木蠹蛾成蟲發生期年變化趨勢及顯著性結果Table 2 The change trend of the occurrence period of H.hippophaecolus adult and the significance

圖2 2006－2011年沙棘木蠹蛾成蟲發生期變化趨勢Fig.2 The change trend of the occurrence period of H.hippophaecolus adults from 2006to 2011

表3 平均氣溫變化與沙棘木蠹蛾成蟲發生期相關性分析Table 3 The correlation analysis between average air temperature change and the occurrence period of the adults

3 結論與討論

受氣溫降低的影響，沙棘木蠹蛾成蟲發生期呈現延長的變化趨勢，其中，始見期受氣溫降低的影響較明顯，呈現一定程度延后的變化趨勢，而始盛期、高峰期、盛末期、結束期則幾乎不受影響。此外，2006－2011年，沙棘木蠹蛾成蟲的發生數量呈現逐年增加的變化趨勢，其原因可能是由于氣溫的降低影響了主要寄生性天敵昆蟲毛缺溝姬蜂［Lissonota setosa（Geoffrog）］的種群數量及發生期變化，從而導致沙棘木蠹蛾成蟲的種群數量增加和發生期延長。同時，氣溫降低在一定程度上會影響沙棘的生長狀況，從而影響了沙棘木蠹蛾幼蟲的發育進度，進而影響其成蟲的發生期。

沙棘木蠹蛾蛹的發育起點溫度為15.481℃，有效積溫為（202.356±13.057）日·度，發育歷期為31d［14，17］。由不同年份成蟲的始見期可知，沙棘木蠹蛾老熟幼蟲基本在5月初開始化蛹，因此，歷年5月份的氣溫變化會對蛹的發育產生較大的影響。由圖3可知：5月份的氣溫基本呈現降低的變化趨勢，特別是2008年以后，氣溫已低于蛹的發育起點溫度，由此在一定程度上延長了蛹的發育進度，從而導致成蟲的始見期延后。

氣溫變化趨勢是由長期多年的氣溫變化結果所決定的，因此，通過6年的氣溫變化數據得出氣溫變化趨勢與沙棘木蠹蛾成蟲發生期的關系還存在一定的不足，但對于分析氣溫變化對沙棘木蠹蛾成蟲發生期的影響具有一定的指導意義。

圖3 2005－2011年5月平均氣溫變化趨勢Fig.3 The change trend of May mean temperature from 2005to 2011

目前，在昆蟲有效積溫研究中普遍存在著一種假說，即同一種昆蟲不同發育階段的發育起點溫度相同［18－20］，而 為 了 驗 證 這 一 假 說，Jarosik 等［18－19］通過收集大量已發表的與之相關的數據，分析得出同一種昆蟲不同發育階段的發育起點溫度不存在顯著性差異，而昆蟲不同發育階段的發育起點溫度都可以通過線性方程計算得出［21］。因此，通過沙棘木蠹蛾蛹的發育起點溫度，并利用該假說得出其他蟲態的發育起點溫度，對深入了解氣溫降低對沙棘木蠹蛾成蟲發生期的影響具有重要的指導意義。

眾所周知，氣溫變化不但影響昆蟲的發生期，而且對其種群增長率和發生世代數也具有一定的影響。運用廣義可加模型對三化螟的發生進行分析表明：其種群數量增長率隨著年極端最低氣溫的升高而減少，也就是說，三化螟在中國南方的種群數量由于氣候變暖而變得越來越少［22］；同時，運用氣候變暖場景模型分析，在華中地區的日最高氣溫與最低氣溫均增加4℃，三化螟的發生世代數將由3代增加為3～4代［23］。線性回歸模型分析結果表明：寧夏彭陽2005－2011年極端最低溫度呈現下降的變化趨勢，由此可推斷沙棘木蠹蛾成蟲的種群數量增長率可能會隨著年極端最低溫度的降低而增大。因此，運用廣義可加模型和氣候變暖場景模型，分析彭陽的年極端最低溫度與沙棘木蠹蛾成蟲種群增長率的關系，以及日最高氣溫與最低氣溫對其世代發生數量變化的影響等，對深入了解氣溫變化情景下沙棘木蠹蛾成蟲種群的發生與發展，提高預測預報的準確率以及有效控制其危害具有非常重要的理論和現實意義。

另外，在溫度變化對昆蟲個體生長速率影響的研究中，國內外已構建了多個關系模型，用于解釋溫度對昆蟲發育速率的影響，其中，Sharpe－Schoolfield－Ikemoto模型不但提高了對發育速率數據的最優擬合，還可以明確昆蟲的內稟最適溫度，全面了解昆蟲的適應性［21，24］。因此，運用該模型研究氣溫變化對沙棘木蠹蛾成蟲個體發育的影響，找出其內稟最適溫度，推算出在該溫度下的發育速率，從而探討沙棘木蠹蛾對多個地區氣候的適應性，明確其在全國的適生地區，對明確沙棘木蠹蛾災害的發生機制，了解其擴散蔓延的規律等均具有重要的意義。

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