我國草地螟發生間歇期的區域格局變化

曾 娟,姜玉英,劉 杰

全國農業技術推廣服務中心,北京 100125

草地螟(LoxostegesticticalisL.)是一種大范圍遷飛性害蟲,具有間歇性暴發的特點,其種群主要是在農牧交錯區進行繁殖,只有當種群規模增大到一定程度時,才會大量遷入農區為害農作物[1]。在我國,新中國成立以來草地螟已經出現了3個暴發為害周期[2],第1、2個暴發周期分別是在1953—1959年、1979—1985年；第3個暴發周期則是從1996年開始[3],并于1999年[4]、2002和2003年[5]、2004年[6]、2008年[7]在我國北方農牧區大面積暴發、造成嚴重危害。自2008年2代幼蟲大范圍暴發、2009年1代幼蟲種群驟減[8]后,近年來我國草地螟一直處于總體輕發狀態[9- 14],2016年我國草地螟種群規模持續縮減,是自1996年開始的第3個暴發周期以來發生最輕的一年。此前關于我國草地螟暴發周期的特征分析,主要由年度(幼蟲)發生面積[2,15]和重要發生區燈下誘蛾數據[15]的比較得出；在兩個暴發周期之間,主要發生區大范圍內種群劇烈縮減、田間為害程度輕的年份被稱為間歇期[15]。與暴發周期內的大發生年份相比,關于間歇期內草地螟發生情況的記載和發生特征的分析較少。

已有研究分析了我國草地螟1949—2012年發生面積的時間序列和2006—2012年發生輕重年份之間的時空分布差異[16],論證了可采用年度發生(幼蟲)面積作為判斷長時間序列上輕重年份發生程度的主要量化指標,同時年度內各區域、各代次、各蟲態的發生期、發生盛期有效持續時間、發生區域數量等可作為判斷輕重年份時空分布特征的具體指標。這些指標除了用于分析同一個暴發周期內不同年份間的發生程度差異,同樣也適用于分析間歇期年份與暴發期年份之間的差異,且這些指標的差異會體現得更為明顯。鑒于2010年以來我國草地螟一直處于總體輕發狀態,而鮮有關于應用量化指標判斷第3個暴發周期是否結束、草地螟種群是否進入間歇期的報道,因此,總結分析了2010—2016年草地螟連續輕發的具體指標,旨在明確第3個暴發周期后我國草地螟種群規模在長時間序列中的歷史地位,探索不同歷史階段草地螟發生的區域格局,以期為研究草地螟種群發生的周期年度變化規律提供依據。

1 材料與方法

1.1 1979—2016年發生面積和3個地區發生比率

草地螟蟲情資料系全國農業技術推廣服務中心收集整理。1979—2016年全國各省(自治區、直轄市)草地螟(幼蟲)年度發生面積資料分為兩個階段,其中1979—1995年數據引自《全國植保專業統計資料》,該時間段內年度發生面積由“大豆草地螟”、“其他糧作草地螟”和“其他經作草地螟”發生面積合計得出；1996—2016年數據由各省(自治區、直轄市)草地螟年度發生統計表中各代次(幼蟲)在農田、林地、草場的發生面積數據合計得出。分別統計每年度全國草地螟發生面積,以及華北地區(包括內蒙古、山西、河北、北京、天津)、東北地區(包括遼寧、吉林、黑龍江)、西北地區(包括陜西、寧夏、甘肅、新疆)3個地區草地螟發生面積及其在全國發生面積中的比率。

根據我國草地螟發生面積數據所處歷史階段差異,按第2個暴發期(1979—1985年)、間歇期(1986—1995年)、第3個暴發期(1996—2009年)和暴發后連續輕發期(2010—2016年)分成4個年度組。同一年度組內,計算全國年平均發生面積及其標準誤、3個地區年平均發生面積及其標準誤和3個地區年平均發生面積占全國比率及其標準誤,并利用DPS 9.50軟件對以上7組數據在4個年度組之間的差異進行Tukey法多重比較,分別檢測在P≤0.05顯著水平和P≤0.01顯著水平上的差異顯著性。

1.2 2010—2016年3個地區發生區域分布

由于2006年之前我國草地螟發生區域(縣級)數量無可用記載,因此以第3個暴發周期內輕發生的2006年和重發生的2009年(輕、重年份的定義參見文獻14)為對照,分析2010—2016年越冬代成蟲和1代幼蟲(主要為害世代)發生區域(縣級)數量在華北、東北和西北3個地區之間的分布情況。全國和3個地區的數據由各省(自治區、直轄市)草地螟年度發生統計表中相應代次和蟲態的發生區域數量統計而得。

1.3 3個地區與全國發生相關性分析

在Excel中,將1979—2016年全國、華北地區、東北地區、西北地區的草地螟年度發生面積(hm2)轉換為自然對數值并進行時間序列分析。利用DPS 9.50軟件,對3個地區與全國年度發生面積自然對數值分別進行相關性分析,計算得出線性方程及相關指數。

2 結果與分析

2.1 2010—2016年的輕發特征

2.1.1 全國種群規模維持在歷史低位

根據我國1979—2016年我國草地螟(幼蟲)發生面積統計結果,第2個暴發周期(1979—1985年)年度發生面積幅度為(67.86—678.52)×104hm2,平均值為218.02×104hm2；第2、3個暴發周期之間的間歇期(1986—1995年)年度發生面積幅度為(1.52—18.24)×104hm2,平均值為5.28×104hm2；第3個暴發周期(1996—2009年)年度發生面積幅度為(42.14—1256.19)×104hm2,平均值為377.49×104hm2；而2010—2016年年度發生面積幅度為(1.62—62.65)×104hm2,平均值為24.93×104hm2。因此,2010—2016年年度發生面積的平均值不但遠遠低于第2、3個暴發周期內的平均值,并且僅為第2、3個暴發周期內年度發生面積最低值的1/3—1/2。

圖1 不同歷史階段我國草地螟年度發生面積比較 Fig.1 Annual occurrence area of meadow moth in different historical periods in China

Tukey法多重比較分析4個年度組的年度平均發生面積(圖1)顯示,同處于暴發期的1979—1985年與1996—2009年的2個年度組之間,在P≤0.05顯著水平和P≤0.01顯著水平上均無差異,而這兩者與處于間歇期的1986—1995年以及2010—2016年的差異達到極顯著水平(P≤0.01)；處于間歇期的1986—1995年與總體輕發的2010—2016年2個年度組之間,在P≤0.01和P≤0.05顯著水平上均無差異。

2.1.2 西北地區發生面積和比率加大

Tukey法多重比較分析3個地區4個年度組的年度平均發生面積(圖2)顯示,華北地區和東北地區的比較結果與全國基本一致,即同處于暴發期的1979—1985年與1996—2009年的2個年度組之間,在P≤0.05顯著水平和P≤0.01顯著水平上均無差異,而這兩者與處于間歇期的1986—1995年以及2010—2016年的差異達到極顯著水平(P≤0.01)；處于間歇期的1986—1995年與總體輕發的2010—2016年2個年度組之間在P≤0.05顯著水平和P≤0.01顯著水平上均無差異。而西北地區在4個年度組的比較結果與全國不同,以全國總體輕發的2010—2016年的年度發生面積最高,其次是同處于暴發期的1979—1985年與1996—2009年的2個年度組,最低的是處于間歇期的1986—1995年；2010—2016年與處于暴發周期的2個年度組之間、處于暴發周期的2個年度組相互之間、以及處于暴發周期的2個年度組與處于間歇期的1986—1995年之間,在P≤0.05顯著水平和P≤0.01顯著水平上均無差異,但2010—2016年與1986—1995年之間的差異達到極顯著水平(P≤0.01)。

圖2 不同歷史階段3個地區草地螟年度發生面積比較Fig.2 Annual occurrence area of meadow moth in different historical periods of North China, Northeast China and Northwest China

Tukey法多重比較分析3個地區4個年度組的年度平均發生面積占全國比率(圖3)顯示,華北、東北和西北地區的對比結果迥異。其中,華北地區年度平均發生面積占全國比率,1979—1985年與1986—1995年為74%左右,1996—2009年為51.83%,2010—2016年為45.42%,4個年度組在P≤0.05顯著水平和P≤0.01顯著水平上均無差異,提示在不同的歷史階段華北地區的發生面積比率總體較高,并保持相對穩定,但第3個暴發周期以來占比有略微下降的趨勢。東北地區年度平均發生面積占全國比率,以第3個暴發周期(1996—2009年)的45.22%為最高,其次是第2個暴發周期(1979—1985年)的24.41%, 處于間歇期的1986—1995年和總體輕發的2010—2016年分別為14.71%和2.53%；第3個暴發周期年度組與第2個暴發周期的年度組之間、第2個暴發周期年度組與1986—1995年以及2010—2016年之間、以及1986—1995年與2010—2016年之間,在P≤0.05顯著水平和P≤0.01顯著水平上均無差異,但第3個暴發周期年度組與1986—1995年和2010—2016年之間的差異達到極顯著水平(P≤0.01),提示東北地區在暴發周期中發生面積比率較高,在間歇期中發生面積比率較低,且自2010年以來比率大大降低。西北地區年度平均發生面積占全國比率與東北地區正好相反,以總體輕發的2010—2016年的52.05%為最高,其次是處于間歇期的1986—1995年的8.92%,第3個暴發周期(1996—2009年)和第2個暴發周期(1979—1985年)分別為2.26%和1.63%,且2010—2016年與其他3個年度組的差異達到極顯著水平(P≤0.01),而其他3個年度組之間在P≤0.05顯著水平和P≤0.01顯著水平上均無差異,提示西北地區在暴發周期中發生面積比率較低,在間歇期中發生面積比率較高,且自2010年以來比率大大提高,甚至已超過華北地區。

圖3 不同歷史階段3個地區草地螟年度發生面積占全國比率比較Fig.3 Annual occurrence ratio of meadow moth in different historical periods of North China, Northeast China and Northwest China

2.1.3 發生區域縮減至西部

以每年度草地螟越冬代成蟲和1代幼蟲的全國合計發生縣(市、區)數量為評價指標(表1),2010—2016年的相應數量均不及2009年的1/3,且2015、2016年越冬代成蟲以及2010、2015、2016年1代幼蟲的全國合計發生縣(市、區)數量甚至不及2009年的1/5,說明2010—2016年草地螟發生區域數量大大少于重發的2009年。2010—2016年草地螟越冬代的全國合計發生區域數量均多于2006年,偏多44.1%—132.4%；1代幼蟲的全國合計發生區域數量與2006年相比,2010、2015、2016年分別偏少14.7%、35.3%、47.1%,2011—2014年偏多20.6%—55.9%,說明2010—2016年發生區域數量總體接近輕發的2006年。

進一步分析發生區域在3個地區的分布情況發現,2010—2016年與第3個暴發周期內輕發的2006年、重發的2009年之間均有差異。其中,2006年華北、東北、西北地區越冬代成蟲和1代幼蟲的發生區域比率相同,分別為76.5%、5.9%、17.6%；2009年華北、東北、西北地區越冬代成蟲發生區域比率分別為55.6%、37.5%和6.9%,1代幼蟲發生區域比率分別為21.7%、68.4%和9.9%；2010—2016年華北、東北、西北地區越冬代成蟲發生區域比率分別為48.6%—57.5%、5.8%—13.3%、30.1%—42.9%,1代幼蟲發生區域比率分別為31.7%—54.7%、4.5%—19.5%、32.1%—56.1%。由此可見,無論是越冬代成蟲還是1代幼蟲,無論是暴發周期內的輕、重年份還是暴發周期后的年份,華北地區發生區域比率均穩定維持在較高水平；東北地區的越冬代成蟲和1代幼蟲發生區域比率在重發的2009年偏高,在輕發的2006年和2010—2016年偏低；西北地區與東北地區正好相反,其越冬代成蟲和1代幼蟲發生區域比率在重發的2009年低,在輕發的2006年和2010—2016年高,且2012、2015年的越冬代成蟲發生區域比率已經接近華北地區,2010—2012年、2014—2016年1代幼蟲發生區域比率已經超過華北地區。因此,與第3個暴發周期的重發年份2009年相比,2010—2016年越冬代成蟲和1代幼蟲的發生區域在總體數量銳減的同時,在空間分布上具有由東北地區向西北地區轉移的趨勢；這種發生區域縮減至西部的趨勢,也體現在暴發周期內的輕發年份(2006年),但向西轉移的程度不如2010—2016年。

表12010—2016年3個地區草地螟主害代發生縣(市、區)數量和比率及其與暴發周期內輕、重年份的比較

Table1Annualoccurrenceregions(counties)andratioofmeadowmothofNorthChina,NortheastChinaandNorthwestChinain2010—2016withcomparisonof2006(mild occurrence)and2009(severe occurrence)

蟲態Stageofinsect年份Year發生區域數量Numberofcounties占全國比率Ratiooftotal/%華北地區NorthChina東北地區NortheastChina西北地區NorthwestChina全國合計TotalofChina華北地區NorthChina東北地區NorthChina西北地區NorthChina越冬代成蟲200626263476．55．917．6Overwinteringgeneration2009145981826155．637．56．9adult2010407237057．110．032．92011458267957．010．132．92012347297048．610．041．42013429227357．512．330．120143810277550．713．336．02015253214951．06．142．92016293205255．85．838．51代幼蟲200626263476．55．917．61stgenerationlarva2009331041515221．768．49．92010104152934．513．851．72011138204131．719．548．82012144234134．19．856．12013297175354．713．232．12014175234537．811．151．1201591122240．94．554．520167381838．916．744．4

2.2 3個地區與全國發生的相關性

2.2.1 華北地區

1979—2016年,華北地區與全國的草地螟發生面積自然對數值的時間序列高度一致(圖4)。在38年的時間序列上,不管是第2、3個暴發周期,還是間歇期,華北地區與全國發生面積自然對數值兩條曲線的峰型完全一致,出現峰值和谷值的年份完全相同,且每一年份華北地區和全國的數值比較接近。相關性分析表明,兩者之間呈極顯著的正相關(相關系數R0.01=0.9730),其線性方程為：

y=0.2996+0.9300x1(F=640.1364; df=1,36;R2=0.9468;P=10-7)

(1)

式中,y為全國發生面積自然對數值,x1為華北地區發生面積自然對數值。

2.2.2 東北地區

1979—2016年,東北地區與全國的草地螟發生面積自然對數值的時間序列一致性程度較高(圖4)。在38年的時間序列上,東北地區與全國發生面積自然對數值兩條曲線的峰型基本一致,出現峰值和谷值的年份基本相同。與全國相比,東北地區在第2暴發周期后期(1983—1985年)、間歇期(1986—1995年)以及第3暴發周期之后(2010—2016年)的下降趨勢更為明顯；而在第2暴發周期前期(1979—1982年)和整個第3暴發周期(1996—2009年),東北地區與全國的數據點比較接近。相關性分析表明,兩者之間呈極顯著的正相關(相關系數R0.01=0.9212),其線性方程為：

y=-9.0449+1.5218x2(F=196.0938; df=1,35;R2=0.8485;P=10-7)

(2)

式中,y為全國發生面積自然對數值,x2為東北地區發生面積自然對數值。

圖4 1979—2016年華北、東北和西北地區與全國草地螟發生面積自然對數值時間序列Fig.4 Natural logarithm (ln) of annual occurrence area of meadow moth of North China, Northeast China and Northwest China during 1979—2016

2.2.3 西北地區

1979—2016年,西北地區與全國的草地螟發生面積自然對數值的時間序列有一定的一致性,但部分階段差異較大(圖4)。具體表現為：1)在第2、3個暴發周期的前期(1979—1981年、1996—2001年),西北地區的草地螟發生水平極低,與全國草地螟種群整體處于上升趨勢不吻合。2)在第2個暴發周期后期(1982—1985年),西北地區比全國下降趨勢更為明顯。3)在第2、3個暴發周期之間的間歇期(1986—1995年),西北地區對應曲線的波動趨勢與全國正好相反,即西北地區的峰值對應全國的谷值(1987、1991、1995年),西北地區的谷值對應全國的峰值(1989、1992年)。4)自第3個暴發周期的2005年以后,西北地區對應曲線的波動逐漸與全國趨同,特別是自2010年連續輕發以后,西北地區與全國的數據點比較接近。相關性分析表明,兩者之間具有一定的線性相關性(相關系數R0.05=0.7010),其線性方程為：

y=1.0775+0.6973x3(F=23.1828; df=1,24;R2=0.4913;P=6.6498×10-5)

(3)

式中,y為全國發生面積自然對數值,x3為西北地區發生面積自然對數值。

3 結論與討論

3.1 我國草地螟種群自2010年進入發生間歇期

在1979—2016年的長時間序列上,根據對我國草地螟(幼蟲)發生面積在不同歷史階段的比較結果,2010—2016年年度發生面積的平均值不但遠遠低于第2、3個暴發周期(1979—1985年、1996—2009年)內的平均值,并且僅為第2、3個暴發周期內年度發生面積最低值的1/3—1/2。盡管2010—2016年年度發生面積的幅度和平均值高于第2、3個暴發周期之間的間歇期,但Tukey法多重比較分析顯示2010—2016年與間歇期之間無顯著性差異,而與2個暴發期年度組的差異已達極顯著水平,因而推斷2010—2016年的種群發生總體規模已接近間歇期。此外,考慮到1986—1995年的間歇期以10年的數值為基礎,而2010—2016年只是第3個暴發周期結束以后的間歇期的一部分,2014—2016年連續3年呈下行態勢,且2016年的年度發生面積(1.62萬hm2)已經逼近前一個間歇期的最低值(1987年1.52萬hm2),因此,從全國年度發生面積的指標來判斷,2010年以來草地螟種群規模已處于歷史低位,符合間歇期的發生水平,即我國草地螟種群自2010年已進入一個新的發生間歇期。從前一個間歇期的發生面積波動態勢看出,我國草地螟種群進入新的暴發周期需要從谷值年積累5年以上,因此,即使假定2016年就是新一個間歇期的谷值年,那么可以推斷未來數年我國草地螟仍將維持間歇期的狀態。

3.2 西北地區在新的間歇期中地位凸顯

根據華北、東北、西北3個地區在第2、3個暴發周期及暴發期之后的兩個間歇期內年度平均發生面積的Tukey法多重比較分析結果顯示,華北、東北地區都是暴發周期的發生水平高、間歇期的發生水平低,而西北地區是在本間歇期內發生水平最高、暴發周期次之、前一個間歇期最低。3個地區在4個年度組之間的年度發生面積占全國比率的Tukey法多重比較分析結果顯示,華北地區在不同歷史階段保持穩定的較高比率,但第3個暴發周期以來有略微下降的趨勢；東北地區的發生面積比率在暴發周期中較高,在間歇期中較低,且在新的間歇期中大大降低；西北地區的發生面積比率在暴發周期中較低,在間歇期中較高,且在新的間歇期中大大提高、甚至已超過華北地區。與發生面積比率的分析結果類似,根據3個地區發生區域比率在新的間歇期與第3個暴發周期內的輕、重發生年份對比結果顯示,華北地區始終均穩定維持在較高水平；東北地區在重發年份偏高,在輕發年份和間歇期偏低；西北地區在重發年份低,在輕發年份和間歇期高,且新的間歇期內部分年份、代次和蟲態的發生區域比率已經超過華北地區。以上結果說明,從我國草地螟不同發生地區的發生面積、發生面積比率以及發生區域比率等指標上衡量,西北地區總是在間歇期中地位更為突出,且在新的間歇期中已經逐步超過了華北地區,成為影響全國草地螟種群發生水平和區域分布的主導力量。因此,西北地區在維持我國北方農牧區草地螟種群中的作用有待進一步評估和驗證。

3.3 新疆將成為我國草地螟發生監控的重要區域

3個地區與全國發生面積的相關性分析表明,在1979—2016年的長時間序列上,華北地區、東北地區的波動趨勢與全國高度一致；西北地區與全國的波動趨勢在第2、3個暴發周期的前期以及第2、3個暴發周期之間的間歇期不吻合、甚至相反,而自2005年以后特別是新的間歇期內,西北地區的波動趨勢逐漸與全國趨同。鑒于西北地區的新疆正是從2005年開始有草地螟發生面積記載,且自新的間歇期以來[9- 14],新疆的發生面積、發生面積比率和發生區域比率維持在較高水平,2012年北疆出現種群密度高、局部重發的現象,而陜西、寧夏、甘肅等西北其他地區相應指標一直維持在較低的水平,因此可以推斷,新疆草地螟種群的建立和發展,改變了西北地區在全國草地螟發生中的地位和作用,從而也改變了全國草地螟種群在時間序列上的年度波動趨勢和在空間分布上的區域優勢格局。然而,由于新疆草地螟種群的地位和作用是在第3暴發周期結束以后的間歇期才顯現出來,新疆對于未來全國草地螟種群波動的影響還難以定論,但應該成為年度變化趨勢研究和下一個暴發周期預測中不可忽視的重點區域。

參考文獻(References):

[1] 屈西鋒, 邵振潤, 王建強. 我國北方農牧區草地螟暴發周期特點及原因剖析. 昆蟲知識, 1999, 36(1): 11- 14.

[2] 黃紹哲, 江幸福, 雷朝亮, 羅禮智. 草地螟(Loxostegesticticalis)周期性大發生與太陽黑子活動的相關性. 生態學報, 2008, 28(10): 4823- 4829.

[3] 羅禮智, 李光博, 曹雅忠. 草地螟第3個猖獗為害周期已經來臨. 植物保護, 1996, 22(5): 50- 51.

[4] 陳曉, 陳繼光, 薛玉, 郝麗萍, 張友, 趙奎軍. 東北地區草地螟1999年大發生的蟲源分析. 昆蟲學報, 2004, 47(5): 599- 606.

[5] 屈西峰, 夏冰. 2003年中國草地螟的發生特點和成功治理經驗. 中國植保導刊, 2004, 24(1): 22- 24.

[6] 羅禮智, 屈西鋒. 我國草地螟2004年危害特點及2005年一代危害趨勢分析. 植物保護, 2005, 31(3): 69- 71.

[7] 羅禮智, 黃紹哲, 江幸福, 張蕾. 我國2008年草地螟大發生特征及成因分析. 植物保護, 2009, 35(1): 27- 33.

[8] 曾娟, 姜玉英, 張野. 2009年我國草地螟發生特點及原因分析. 中國植保導刊, 2010, 30(5): 33- 36.

[9] 曾娟, 姜玉英. 2010年中國草地螟輕發年份的新特點與成因探討. 中國農學通報, 2011, 27(18): 273- 281.

[10] 曾娟, 姜玉英. 2011年我國草地螟輕發生原因分析. 中國植保導刊, 2012, 32(8): 34- 38.

[11] 曾娟, 姜玉英. 我國2012年草地螟發生特點與原因分析. 植物保護, 2014, 40(1): 142- 148.

[12] 曾娟, 姜玉英. 2013年我國草地螟輕發特點與原因分析. 中國植保導刊, 2014, 34(11): 46- 52.

[13] 曾娟, 姜玉英. 2014年我國草地螟發生情況解析. 植物保護, 2016, 42(4): 194- 199.

[14] 曾娟, 劉杰, 姜玉英. 2015年我國草地螟持續輕發. 中國植保導刊, 2016, 36(9): 44- 48.

[15] 黃紹哲. 我國草地螟(LoxostegesticticalisL.)周期性大發生的特征及原因探索[D]. 武漢: 華中農業大學, 2007: 12- 14.

[16] 曾娟. 我國草地螟輕發年份時空特征及其氣候背景. 生態學報, 2015, 35(6): 1899- 1909.