當前及未來氣候環境下蘇州市稻水象甲入侵風險研究

張穎，章超斌，郝建華，顧海濤

（1.常熟理工學院生物與食品工程學院，江蘇常熟215500；2.南京大學生命科學學院，江蘇南京210023）

當前及未來氣候環境下蘇州市稻水象甲入侵風險研究

張穎1，2，章超斌2，郝建華1，顧海濤1

（1.常熟理工學院生物與食品工程學院，江蘇常熟215500；2.南京大學生命科學學院，江蘇南京210023）

稻水象甲（Lissorhoptrus oryzophilus）是源自北美的外來入侵害蟲，會對水稻產業產生嚴重的威脅.本研究利用生態位模型結合GIS技術，對入侵害蟲稻水象甲在蘇州當前和未來氣候情景下的入侵風險進行了預測分析.結果表明，在當前氣候條件下，稻水象甲在蘇州的適生區、邊緣適生區和非適生區所占的面積比例分別為13%，81%和6%.在未來氣候條件（RCP4.5）下，適生性會進一步提高.

稻水象甲；入侵預警；氣候情景；蘇州

稻水象甲（Lissorhoptrus oryzophilus）屬鞘翅目，象甲科，又名稻水象、稻根象，原產北美洲［1］，其成蟲和幼蟲均危害水稻，是水稻上的毀滅性害蟲.該害蟲抗逆性強，耐饑餓、耐低溫，繁殖率高，寄生性廣播［2］，被國際自然保護聯盟列為全球100種最具威脅性的外來入侵生物之一［3］.1988年在中國河北省唐海縣首次發現稻水象甲，此后稻水象甲在中國迅速蔓延，截至2010年，該蟲已擴散到東北、華北、華東等地的20個省市區的局部地區，且有進一步向周邊省份蔓延的趨勢，這對中國水稻生產構成了巨大的威脅［3］.稻水象甲在我國一年發生1～2代，發生時期基本和當地水稻生育期一致，主要在4～5 cm的土表層或淺土層.春季天氣轉暖后（約12℃以上）開始活動，近夏時（20℃以上無雨微風天氣）大量飛遷至稻田繁殖后代，卵7 d左右即可孵化為幼蟲［4］.

近幾年來，我國學者針對稻水象甲的防控預警等開展了不少研究，并取得了一定的進展.例如毛志農等［5］利用CLIMAX模型預測了稻水象甲在我國的連續分布區域及其北界和西界，龔偉榮等［6］和齊國君等［7］分別利用Arcview和MaxEnt模型分析預測了稻水象甲在我國的潛在分布范圍.然而，近幾十年來全球氣候變化現象愈加引人關注，在氣候變化的背景下，稻水象甲在我國各地區的適生情況可能會發生改變.

目前，蘇州市尚未發現該入侵種，但了解其在蘇州的潛在入侵風險，預先建立防御機制，對當地的生態安全和糧食安全有重要意義.

本研究結合氣候數據、物種分布數據，利用生態位模型MaxEnt及GIS技術對稻水象甲在蘇州的入侵風險進行預測分析.

1　數據方法

1.1數據

氣候數據來自Worldclim數據庫所提供的主要服務于物種分布模擬的Bioclim數據集，包含與溫度、水分相關的19個生物氣候因子（表1）.本研究共采用了兩組氣候數據：對于當前適生區的模擬采用的“當前狀況”（Current Conditions 1950—2000）生物氣候數據組（空間分辨率為1 km）；對于未來適生區的模擬采用第5次耦合模式國際比較計劃（CMIP5）所提供的RCP4.5情景（空間分辨率為5 km），情景時間為2050年.物種分布數據來自于文獻報道［8-13］及物種分布數據庫GBIF［14］.

表1　本研究采用的環境變量及蘇州范圍內兩種氣候情景對比

1.2方法

空間分析采用美國ESRI公司所開發的全系列地理信息系統平臺ArcGIS，版本為10.0；適生區預測模型采用由美國普林斯頓大學AT&T實驗室Steven Phillips和Miro Dudik等人所開發的MaxEnt［15］，版本是3.3.3k.MaxEnt模型輸出結果為ASCII格式的柵格圖層，根據入侵物種對環境的適應程度賦予適生指數，適生指數值域范圍為0～1.一般將適生指數從低到高依次分為4個等級，分別為非適生區（0～0.15），邊緣適生區（0.15～0.40），適生區（0.40～0.65），高危區（0.65～1）.

2　結果

2.1在當前氣候條件下稻水象甲在蘇州的適生性分析

對在當前氣候條件下稻水象甲在蘇州的適生性預測分析結果表明（見圖1），稻水象甲在蘇州的適生值范圍為0.06～0.64.全區6%的地區為非適生區，主要位于蘇州西北地區和南部太湖沿岸地區；有81%的地區為邊緣適生區，主要位于蘇州中部及南部；有13%的地區為適生區，主要位于蘇州東北部.而對于整個區域而言，在當前氣候環境條件下，稻水象甲對蘇州的氣候環境條件的適應性比較高.模型基于當前的物種分布信息提取了稻水象甲的生態位信息，結果表明，年均溫、最冷季均溫及年降水量對于稻水象甲的分布響應最高的值分別為13℃，24℃，4℃和510 mm.

圖1　當前氣候狀況下稻水象甲在蘇州的適生性模擬

2.2在未來氣候條件下稻水象甲在蘇州的適生性分析

對2050年條件下稻水象甲在蘇州的適生性預測分析結果表明（見圖2），稻水象甲在蘇州內的適生值范圍為0.03～0.64，空間分布差異明顯.全區5%的地區為非適生區，主要位于蘇州東南地區；有38%的地區為邊緣適生區，主要位于蘇州西北部與東南部；有57%的地區為適生區.在2050年的氣候條件下，稻水象甲對蘇州的適生值的最低值雖稍有降低，但對于整個區域而言，適生值有明顯提升.

圖2　2050年氣候狀況下稻水象甲在蘇州的適生性模擬

相對于當前氣候條件，2050年稻水象甲在蘇州的適生情況呈現出：東北部地區的適生值有較明顯的提高，在中部地區也有一定的提高.統計并對比當前和未來氣候情景下各級適生區在蘇州所占比例，結果如圖3所示：適生區比例有較大幅度提升（44%），而邊緣適生區比例有較大幅度的下降（43%）.

圖3　不同氣候情景下稻水象甲在蘇州市適應性對比

分別統計了在當前和未來氣候情景下，稻水象甲在蘇州各縣區的適生值均值（表2）.結果顯示，在蘇州10個縣市區中，除吳江區外，其他9個縣市區的適生值均值均有明顯提高，最大增幅可達168.75%（姑蘇區），虎丘區和相城區的增幅也比較大（143.75%）.而在吳江區呈現一定的下降（-17.65%）.

表2　當前和未來氣候情景下蘇州各縣區稻水象甲適生值對比

3　討論

本文利用MaxEnt生態位模型、物種分布數據及氣候模型對稻水象甲在蘇州當前和未來氣候條件下的適生情況進行了預測和分析.齊國君等［7］曾對稻水象甲在全國的適生性進行過預測，對蘇州而言，其結果與本文比較一致.而本文使用了空間分辨率更高的氣候數據，并考慮了未來氣候條件，對蘇州市這樣的小尺度的研究區域，結果更為精確，對生產實踐更具有實際指導價值.

稻水象甲具有多種傳播途徑，可通過自身的活動如爬行飛翔等，并借助風雨水流等自然擴散，向附近的地區進行短距離擴散；遠距離擴散主要借助于人為傳帶，其中運輸工具和調運稻草稻谷是其遠距離傳播的主要途徑［16］.盡管蘇州市乃至江蘇省內尚未出現稻水象甲的入侵跡象，但江蘇周邊省份如浙江、安徽和山東均已出現該害蟲的入侵報道.蘇州市經濟發達，與周邊地區的物流交通運輸頻繁密集，并以水稻作為主要糧食作物，因此稻水象甲的入侵風險較大，亟需采取措施防止稻水象甲的進一步蔓延.

當前氣候變暖趨勢是全球矚目的焦點問題，氣候變化會影響生物入侵的速度和程度，可能導致外來生物大規模入侵與快速擴散［17］.本研究通過對比蘇州范圍內稻水象甲在當前和未來氣候情景下的適生情況，發現適生值在未來將有明顯提升.已有研究顯示，年均溫、最濕月降水、最濕季降水對稻水象甲分布的影響較大［7］.而依據PRC4.5情景，在蘇州范圍內這些氣候因子在2050年都將較現在發生比較明顯的變化（例如，年均溫將有2.5℃的提升，最濕月降水將有66 mm的提升）.這些變化可能是致使稻水象甲在蘇州適生性提高的主要原因.對比當前和未來氣候情景，稻水象甲的適生性在姑蘇區、相城區和虎丘區的增幅最大，但這些區域多為城市用地，稻田面積極小，因此稻水象甲適生性的升高不會構成危險性.而尤其需要警惕的是稻田面積較大的張家港、常熟和太倉地區，這些地區稻水象甲的適生性也有明顯的提高.

致謝：Saurav Bhattacharya博士幫助修改英文題目和摘要，謹表謝忱！

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［6］龔偉榮，杜予州，戴霖，等.稻水象在中國適生性分布的研究［J］.揚州大學學報：農業與生命科學版，2007，28（1）：79-82.

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Risk Assessment of Invasive Lissorhoptrus oryzophilus insuzhou under Current and Future Climatescenarios

ZHANG Ying1，2，ZHANG Chaobin2，HAO Jianhua1，GU Haitao1
（1.School of Biology and Food Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500；2.School of Lifesciences，Nanjing University，Nanjing 210023，China）

Lissorhoptrus oryzophilus，an invasive pest which originated from North America，poses a great threat to rice production.The potential distribution regions of this invasive pest was estimated andstudied under current and future（2050）climatescenarios insuzhou using MaxEnt model and GIS.The distribution patterns of L. oryzophilus insuitable regions，marginal and non-suitable regions were found to be 13%，81%，and 6%respectively，under current climate conditions.The distribution regions of L.oryzophilus are presenting an increasing trend insuzhou under future climatescenario（RCP4.5）

Lissorhoptrus oryzophilus；climate changescenarios；invasive risk；climatescenarios；Suzhou

Q986.1

A

1008-2794（2015）04-0112-04

2015-11-28

蘇州市科技計劃項目“基于GIS的在全球氣候變化及人類活動影響下外來植物病蟲害入侵蘇州的風險評估與綜合防控”（SYN201304）；國家質量監督檢驗檢疫總局科研項目“外來雜草隨進境大宗貨物傳播擴散機制及關鍵控制技術的研究”（2014IK013）

郝建華，教授，博士，研究方向：外來入侵有害生物，E-mail:jhhao@cslg.cn.