宿根蔗苗期大螟幼蟲空間動態的地統計學分析

［KH－3D］羅志明，尹炯，黃應昆，單紅麗，李文鳳，王曉燕，張榮躍

(云南省農業科學院甘蔗研究所，云南開遠661699)

宿根蔗苗期大螟幼蟲空間動態的地統計學分析

［KH－*3D］羅志明，尹炯，黃應昆*，單紅麗，李文鳳，王曉燕，張榮躍

(云南省農業科學院甘蔗研究所，云南開遠661699)

大螟是危害甘蔗較為嚴重的一類鉆蛀性害蟲。應用地統計學分析方法，研究了宿根蔗苗期大螟幼蟲田間分布規律與擴散動態，建立了不同調查時間在0°、45°、90°、135°等4個方向上大螟幼蟲的半變異函數及理論半變異函數，并用Kriging插值法對空間分布數據進行插值和模擬。結果表明，大螟幼蟲密度呈單峰型增長，聚集度和隨機變異隨蟲口密度的增加而減小;大螟幼蟲呈聚集型分布，隨著蟲口密度的升高，聚集度降低，相關性增強，范圍在5．33～43．59 m;Kriging插值表明蔗苗前期各斑塊間相關性弱，蔗苗中后期各斑塊間相關性強。

宿根蔗;大螟;地統計學;空間動態

大螟Sesamia inferens Walker，屬鱗翅目，夜蛾科，是危害甘蔗較為嚴重的一類鉆蛀性害蟲［1］。大螟1年發生5～6代，由于其具有危害期長、繁殖快、鉆蛀危害等特點，必須注重早期的預警監測及第一、二代的防治工作［2］。空間分布是昆蟲種群的重要特征之一，是昆蟲種群的生物學特性與特定環境條件相互作用的結果［3］，研究甘蔗苗期大螟幼蟲的空間分布有助于了解大螟在甘蔗苗期的生態特性，對研究大螟種群消長規律、預測未來的發展趨勢，指導科學有效防控大螟具有重要意義。地統計學(Geostatistics)是在地質分析和統計分析互相結合的基礎上形成的一套分析空間相關變量的理論和方法，主要研究在空間分布上既具有隨機性，又具有結構性的自然現象，它能最大限度地利用空間數據，揭示各種自然現象的本質，比經典統計學方法更精確，可有效避免系統誤差［4－5］。

采用經典生物統計學方法研究大螟在不同作物上的分布擴散規律已有報道。尹炯等［6］利用經典統計學方法研究了大螟枯心苗的空間分布型及抽樣技術;蘇藝等［7］分析了海南橡膠園磚紅壤光譜反射特征;羅志明等［8］研究了大螟和黃螟在蔗苗上的生態位及其種間競爭關系;韓蘭芝等［9］研究了大螟幼蟲田間擴散及成蟲飛行能力;敬甫松［10］研究了大螟在玉米田的空間格局及其抽樣技術;覃永嬡等［11］研究了鮮食玉米桂糯518的施肥情況。地統計學在昆蟲種群結構研究中已有廣泛的應用，Liebhold等［12］根據不同尺度的變差圖，證明了舞毒蛾卵塊在0．025～50 km內聚集;Kemp等［13－14］研究證明了蝗蟲在1～100 km的距離存在空間相關性;閆香慧等［15］研究了白背飛虱和褐飛虱種群的空間分布特點;石根生等［16］研究了馬尾松毛蟲空間格局;巫厚長等［17］研究了煙蚜及其捕食性天敵草間小黑蛛種群空間結構;夏鵬亮等［18－19］研究了恩施煙區煙夜蛾和桃蚜在烤煙田的空間動態，明確了其在各烤煙生育區的空間格局;黃壽山等［20］應用地統計學分析了二化螟越冬幼蟲空間分布圖式。

甘蔗種植制度多樣，總體可分為新植蔗和宿根蔗，從種植面積來看，宿根蔗占整個種植面積的60 %以上［21］。大量的田間調查發現，新植蔗大螟蟲源主要來自于周邊蔗園(少量蔗種自帶)，而宿根蔗則是蔗園內上年殘留蟲口。昆蟲種群空間動態受蟲源影響［22］，不同的蟲源決定著不同的空間分布和危害水平。本研究應用地統計學方法對宿根蔗園大螟幼蟲空間格局進行分析，以期探明其空間聚集程度和時間擴散動態，為預測報和綜合防治提供理論依據。

1 材料與方法

1．1 調查方法

調查設于云南省農業科學院甘蔗研究所試驗示范基地(N 23°42'39．9″，E 103°15'43．7″)，海拔1 050 m，屬水田蔗區。1年宿根，甘蔗品種為云蔗05-211，種植行距1 m。將864 m2(18 m×48 m)的調查田按1 m×2 m格式分成432個2 m2的樣方(點)，每樣方全部調查，以大螟危害新增枯心苗數作為樣點蟲口密度指標，并按樣方位置分別記錄。調查自2012年3月28日開始，直到5月28日甘蔗大培土前結束。每7～8 d 1次，共調查9次。調查日期依次為3月28日、4月5日、4月12日、4月20日、4月28日、5月6日、5月13日、5月21日和5月28日。

1．2 數據分析方法

基礎數據用EXCEL統計，半變異函數計算、理論半變異函數模型擬合和Kriging插值模擬用DPS 14．50軟件完成。

應用地統計學中最常用的半變異函數來反映大螟幼蟲空間格局及空間相互依賴關系，同時對得到的變異函數用不同的理論模型進行擬合，通過擬合模型中最重要的3個參數塊金常數、變程和基臺值來反映大螟幼蟲種群分布隨機部分的空間異質性和在某一范圍內存在空間相關性等。根據調查數據，以東－西為0°方向，分別按逆時針旋轉45°、90°、135°，共設置4個方向進行理論半變異函數擬合，確定最佳理論擬合模型，并計算出相應的塊金值、基臺值和變程等參數［23－24］。

空間分布的區域化變量用Kriging插值法生成分布圖，它是基于區域化變量理論，當獲得了某個變量的半變異函數的模擬模型后，可利用樣點觀測值對研究區域上未取樣點的區域化變量值進行最小誤差估計［23］。

2 結果與分析

2．1 大螟幼蟲空間分布數據的統計特征

不同時間大螟幼蟲數據的統計特征見表1。3月底至5月底甘蔗苗期，大螟幼蟲密度呈單峰型增長，峰值出現在5月6日和5月13日，平均密度均為2．24頭/點，最大值14頭/點。大螟幼蟲的平均密度和標準差4月12日前較小，4月28日至5月28日期間，變異系數前者較大，后者較小。從平均值與最大值的變化趨勢來看，兩者基本一致，但兩者增幅不同，平均值增幅大于最大值增幅，表明其空間分布的不均勻性隨密度的增大而減小，種群密度的增大一定程度上提高了種群結構的穩定性。從峰度值和偏度值來看，各調查時間大螟幼蟲數據均為右偏的分布(偏度＞0)，偏度越大相應的峰度越高，且隨調查時間的后移，偏度逐漸減小，表明隨著調查時間后移，大螟幼蟲空間分布聚集度降低。

表1 大螟幼蟲空間分布的描述性統計Table 1The descriptive analysis of spatial distribution of S．inferens larvae

表2 不同時期大螟幼蟲在不同方向上空間特點及模型參數Table 2Model parameters and spatial patterns of S．inferens larvae in different direstion at the different seedling stages of ratoon cane

各圖橫坐標為東向西方向，縱坐標為北向南方向，數值表示樣方位點Abscissa meant the direction of east to west;Ordinate meant the direction of north tosouth;Numerical meant quadrat site圖1大螟幼蟲種群Kriging插值分布Fig．1Kriging of spatial pattern of S．inferens larvae

2．2 大螟幼蟲密度的空間變異

根據2012年3－5月的9次調查數據，分別計算不同時間大螟幼蟲密度在0°、45°、90°、135°方向的實際半變異函數，然后利用球形模型、指數模型、高斯模型、球形+球形套合模型、球形+指數模型和線性有基臺模型來擬合4個方向上的半變異函數理論模型，確定最佳理論擬合模型，并計算出相應的塊金值、基臺值和變程等參數，結果見表2。

從表2可看出，4月12日前，在4個方向上半變異理論擬合模型均為球形模型，決定系數除少數在0．7～0．8，其余均超過0．8，擬合度較好，屬聚集型分布;4月20日至5月28日，各方向上理論模型以球形模型和指數模型為多，并伴有線性有基臺模型和隨機分布，且大多擬合決定系數低于0．7，擬合效果差，分布型復雜。

塊金值、基臺值和變程等3個參數，不同時間不同方向的參數值有著各自的特性，從4個方向的平均值來看，塊金值(9個時間的平均值分別為0．76、1．58、4．26、7．76、3．08、2．20、1．21、2．39、2．19)、基臺值(9個時間的平均值分別為0．38、1．30、1．21、2．78、10．84、9．90、2．28、2．73、2．58)和變程(9個時間的平均值分別為5．33、7．90、8．59、17．54、43．59、33．72、13．42、16．51、16．68)均與田間蟲口密度變化趨勢相似，蟲口密度低時數值低，隨著蟲口密度的增加數值逐漸加大。5月13日后，蟲口密度穩定在1．81～2．24頭/點，基臺值穩定在2．28～2．73，變程穩定在13．42～16．68 m。

在隨機程度上，4月12日前，隨機程度均大于0．75，表明此時空間相關性較弱;4月20－28日，各方向隨機程度差異較大，此時空間相關性隨不同方向變化較大;5月6－13日，隨機程度低于0．75，部分方向還低于0．25，表現出較強的空間相關性;5月21－28日，隨機程度大于0．75，空間分布隨機性增加。

2．3 大螟幼蟲種群的空間分布模擬

由圖1可看出，隨著調查時間后移，大螟種群聚集斑塊數量增多，并以長條形斑塊狀向周圍擴散。其中，3月28日至4月12日，斑塊數量雖有增加，但斑塊間的重合度較差，表明此期間新增斑塊與以前斑塊間相關性較差;4月20日以后斑塊數量和面積逐漸增加，且相互間的斑塊重合度高，表明此期間大螟種群空間分布相關性強，且不同調查時間的斑塊間相關性也較強。從種群密度的變化趨勢來看，隨著種群密度的增加，大螟種群聚集斑塊數增加，當種群密度達最大值時(5月6日、5月12日)聚集斑塊已遍布蔗園各處，隨后，斑塊面積逐漸擴大，種群分布趨于均勻。

3 討論

蔗苗受大螟危害后形成枯心苗，以大螟危害枯心苗代替蟲口數量具有一定的代表性［25］。研究發現，蔗苗前期大螟蟲口密度低，隨著蔗苗的生長，田間蟲源得到了積累，再加上大螟世代數的增加，繁殖系數不斷提高，蟲口數量隨之增加，體現了一般昆蟲發生的普遍規律。蟲口密度的最大值與平均值的變化趨勢完全一致，且蟲口密度的變化幅度大于最大值變化幅度，表明同一田塊大螟幼蟲空間分布隨時間變化均勻性提高。大螟幼蟲發生動態呈單峰型，峰值出現在5月6日和5月13日2個連續調查日，可能與這2個時段間正值大螟第2代幼蟲盛發期［1］有關。從變異系數、峰度和偏度來看，隨著調查的后移，數值逐漸減少，表明蔗苗前期大螟幼蟲聚集度高，隨著蔗苗的生長，大螟聚集度降低，種群結構趨于穩定。

應用地統計學方法進行半變異模型擬合，4月12日將整個甘蔗苗期大致劃分為2個階段，即4月12日前，在4個方向上半變異理論擬合模型均為球形模型，且決定系數大，表現出較強的聚集性;4月12日后，各方向上理論模型以球形模型和指數模型為多，并伴有線性有基臺模型和隨機分布，且大多擬合決定系數低，擬合效果差，分布型復雜，這與大螟年度發生規律有關。4月中旬為大螟1代幼蟲發生高峰期，在此之前由于發生蟲源單一，分布型較一致，但隨著時間的后移，1、2代大螟重疊發生，加上外來蟲源的進入，田間分布趨于復雜。在4個方向的平均基臺值和平均變程等參數方面，它們均隨蟲口密度的增加而增加，直到蔗苗后期穩定在一定范圍，即基臺值穩定在2．28～2．73，變程穩定在13．42～16．68 m，這反映了大螟區域化變量的一個特征。

大螟幼蟲田間分布主要受蟲源影響。通過Kriging插值獲得大螟幼蟲不同時間的田間分布模擬圖，從圖上可以清晰反映出各自空間分布特征。在蔗苗前期(3月28日至4月12日)斑塊數量較少，所包含面積小，且各調查點間重合度較差，在蔗苗中后期(4月20日以后)斑塊數量多，所包含面積大，且相互間的斑塊重合度較高，進一步說明了蔗苗前期大螟幼蟲的聚集性和不穩定性。

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(責任編輯 王家銀)

Geostatistical Study on Spatial Dynamics of Sesamia inferens Walker Larvae in Ratoon Cane Seedling Stage

LUO Zhi-ming，YIN Jiong，HUANG Ying-kun*，SHAN Hong-li，LI Wen-feng，WANG Xiao-yan，ZHANG Rong-yue
(Sugarcane Research Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Yunnan Kaiyuan 661699，China)

Sesamia inferens Walker was a borer pests seriously damaging sugarcane．The spatial pattern and dispersal dynamic of S．inferens Walker larvae were studied in ratoon cane at the seedling stage，and the semivariograms and theoretical semivariogams of S．inferens larvae in the four directions(0°，45°，90°and 135°)were established based on the geostatistical method by using the survey data in the different periods．Isoclines maps of the S．inferens larvae at each stage were plotted by using Kriging interpolation．The results showed that the density of S．inferens larvae showed a unimodal increase，the aggregation and the random variation decreased with the increasing of the density．The population of S．inferens larvae showed an overall clumped distribution，the aggregation decreased and the correction increased with a range of 5．33－43．59 m with the density increased．Kriging interpolation indicated that the corrections between the patches were at the early seedling stage and were strong at the intermediate and late seedling stage．

Ratoon cane;Sesamia inferens Walker;Geostatistics;Spatial dynamics

Q968．1

A

1001－4829(2017)1－0105－06

10．16213/j．cnki．scjas．2017．1．019

2015－03－17

現代農業產業技術體系建設專項資金(CARS-20-2-2);云南省現代農業產業技術體系建設專項資金;云南省科技計劃項目(2013BB013);云南省農業科學院院基金(2014CZJC010)

羅志明(1973－)，男，云南華寧人，助理研究員，主要從事甘蔗病蟲害防治研究，kylzm@163．com，*為通訊作者，huangyk64@163．com。