甜菜夜蛾發生程度的氣象等級預報模型

楊文剛 孟翠麗　望勇　劉可群　司升云　陸鵬程

摘要

甜菜夜蛾是嚴重影響蔬菜產量和品質的害蟲，其發生發展與氣象條件關系十分密切。為探索氣象條件與甜菜夜蛾發生程度的關系，開展甜菜夜蛾發生程度氣象等級預報服務，選取2009—2010年湖北省甜菜夜蛾蟲情資料和對應臺站的氣象資料，對甜菜夜蛾發生程度等級與各項氣象因子做相關分析，在此基礎上，篩選出模型因子，采用多元線性回歸分析方法，構建了湖北省甜菜夜蛾發生程度氣象等級預報模型，并對模型驗證。結果表明：歷史回代檢驗旬檢驗結果達基本一致以上的為76%；獨立樣本預測檢驗旬值達基本一致以上的為63%，模型總體預報結果較好，可為湖北省開展甜菜夜蛾氣象等級預報業務提供技術支撐。

關鍵詞

甜菜夜蛾； 氣象等級； 預報

中圖分類號：

S 431.3

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2018036

Prediction model of meteorological grading for Spodoptera exigua

YANG Wengang1，2， MENG Cuili2， WANG Yong4， LIU Kequn3， SI Shengyun4， LU Pengcheng2

（1. Huangshi Meteorological Bureau， Huangshi 435002， China； 2. Wuhan National AgroMeteorological

Station in Hubei Province， Wuhan 430040， China； 3. Wuhan Regional Climate Center in Hubei Province，Wuhan 430074， China； 4. Institute of Vegetable， Wuhan Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430065， China）

Abstract

Spodoptera exigua is a pest seriously affecting the yield and quality of vegetables， the occurrence and development of which are highly related with meteorological conditions. To explore the relationships between meteorological conditions and the occurrence of S.exigua， we developed the meteorological grading prediction model for the epidemics of S.exigua. Correlation analysis between the occurrence degree of S.exigua and meteorological conditions was carried out using data of S.exigua and the corresponding meteorological stations in Hubei Province from 2009 to 2010. On this basis， we screened out the model factors and constructed the prediction model for the occurrence of S.exigua by adopting the multivariable linear regression method. The results of tenday test in historical resubstitution reached a basic agreement of 76%， and the independent sample prediction test had a basic consistency of 63%. The overall prediction results were qualified， which can provide technical support for the meteorological grading prediction service for S.exigua occurrence in Hubei Province.

Key words

Spodoptera exigua； meteorological grade； forecast

甜菜夜蛾Spodoptera exigua （Hübner）俗稱貪夜蛾，是一種世界性分布的多食性農業害蟲[1]，可取食35科108屬138種植物，生產上主要為害蔬菜、棉花、玉米，尤以蔬菜受害最重[2]。隨著全球氣候變暖，特別是我國大部分地區高溫、干旱加劇，經濟作物種植面積擴大，設施農業大量推廣，甜菜夜蛾為害面積及寄主種類呈迅速上升趨勢，由原先的間歇性暴發演變成常發性害蟲。受甜菜夜蛾為害的寄主作物一般減產10%～20%，嚴重的達30%～50%，少數作物甚至絕收，嚴重威脅著蔬菜的產量和品質[3]。國內外學者針對甜菜夜蛾的發生規律及生物學特性進行了研究[49]，如在20～32℃范圍內，甜菜夜蛾發育速率隨著溫度的升高而加快；在26℃和29℃下，甜菜夜蛾的平均產卵量最高，26℃最適合甜菜夜蛾交配[10]。濕度對甜菜夜蛾的影響也很大。一定的溫度配以合適的濕度才能促進種群的增長，26℃與相對濕度80%和94%兩個組合最適宜甜菜夜蛾的生長發育；同時32℃與94%的組合甜菜夜蛾的內稟增長率最大[11]。繆為文等報道了夏季高溫干旱對甜菜夜蛾寄生性天敵的繁衍不利，導致甜菜夜蛾幼蟲成活率偏高，以致為害加重[12]；李志敏等運用灰色系統關聯度分析方法對影響甜菜夜蛾田間成蟲種群數量的非生物因子進行分析，明確了一年中，溫度對甜菜夜蛾種群數量影響最大，年度間影響最大的是總降雨量，降雨量大的年份甜菜夜蛾發生量少[13]。劉甲魁研究發現設施農業的大量出現，給甜菜夜蛾提供了冬季食物和越冬場所，增加了來年為害的蟲源[14]。

筆者擬運用數理統計分析方法，分析甜菜夜蛾發生程度與前期氣象因子的關系，建立其發生程度氣象等級預測模型；根據該模型開展相關業務服務，可指導農民開展科學防控，減少農藥使用，減輕環境污染。

1 資料與方法

1.1 資料

（1）湖北省歷史甜菜夜蛾蟲情數據：采用2009-2010年甜菜夜蛾成蟲監測數據，選取襄陽、武漢、荊州作為湖北省代表站，監測時間：襄陽市2009年7-10月，2010年7-10月；武漢市2009年7-12月，2010年4-12月；荊州市2009年7-11月，2010年5-10月。資料由武漢市蔬菜科學研究所提供。

（2） 2015年武漢市甜菜夜蛾蟲情數據：在武漢市郊區（蔡甸區、江夏區、黃陂區）開展甜菜夜蛾成蟲監測所得。

（3） 氣象資料：湖北省代表站襄陽、武漢、荊州2009-2010年及武漢市2015年逐日日平均氣溫、日最高氣溫、日降水量、日相對濕度、日照時數數據。

1.2 方法

1.2.1 監測方法：性誘法

誘捕器：北京依科曼生物技術股份有限公司生產的閃訊害蟲遠程實時監測儀。

誘芯：漳州市英格爾農業科技有限公司生產的PVC基質緩釋長效誘芯（測報型）。

性誘法：每個監測點安裝閃訊害蟲遠程實時監測系統，利用性信息素監測成蟲發生動態。每天8：30系統自動統計誘捕到的成蟲數。統計后的成蟲進行去除處理，不再放回環境。誘芯每月更換1次。

1.2.2 研究方法

首先，對甜菜夜蛾成蟲蟲情資料與前期各氣象因子分別做相關分析，找出顯著相關的（通過顯著性水平為0.01的顯著性檢驗）且具有生物學意義的氣象因子，然后采用多元線性回歸方法，構建甜菜夜蛾發生的氣象預測模型，然后對模型進行歷史回代檢驗以及獨立樣本預測檢驗。

2 結果分析

2.1 相關分析及模型因子篩選

2.1.1 相關分析

為了全面考慮氣象條件對甜菜葉蛾成蟲發生發展的影響，選用湖北省襄陽市、武漢市、荊州市2009-2010年甜菜夜蛾成蟲各旬發生狀況與當旬各氣象因子（其中最高氣溫、平均氣溫、相對濕度計算旬平均值，降雨量、降雨日數、夜間降雨量、夜間降雨日數、日照、平均氣溫大于30℃日數、最高氣溫大于35℃日數求取旬累積總和值）、前兩旬各氣象因子、前兩旬加當旬氣象因子分別進行單因子相關分析，篩選出對甜菜夜蛾蟲量增長量顯著相關的氣象因子。篩選的原則如下：選取通過0.01水平顯著性檢驗因子；所選因子的相關性必須具有生物學意義；同一氣象因子若在多個時間尺度（不同的時間尺度分別為當旬、前兩旬、前兩旬+當旬）上與蟲量發生程度因子的相關性通過0.01水平顯著性檢驗時，取該氣象因子相關系數較大的時間尺度作為模型備選因子；所選的因子組合必須消除共線性影響。相關分析結果見表1，當旬最高氣溫、平均氣溫、最高氣溫大于35℃的日數與當旬甜菜夜蛾蟲量增長量通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗，呈顯著正相關。前兩旬的平均氣溫與當旬甜菜夜蛾蟲量增長量通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗，呈正相關。前兩旬加當旬最高氣溫、平均氣溫與甜菜夜蛾蟲量增長量通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗，呈顯著正相關。其余各氣象因子與甜菜夜蛾增長量均無明顯相關性。以上分析表明，甜菜夜蛾成蟲增長量與氣溫，尤其是最高氣溫呈正相關，氣溫越高，高溫日數越多，越有利于其暴發成災。

甜菜夜蛾成蟲的暴發不單與氣溫密切相關，但由于蟲害資料逐旬波動變化大，不利于相關性氣象因子的挖掘，因此本研究結合田間調查數據并咨詢相關專家意見，以平均單個誘捕器誘捕到成蟲數小于等于50、（50，100]、（100，200]、（200，300]、大于300頭共五個等次，將甜菜夜蛾危害劃分為無害、輕度、中度、重度、特重5個等級。將襄陽市、武漢市、荊州市2009-2010年甜菜夜蛾發生主要時段各旬甜菜夜蛾發生程度等級與當旬各氣象因子、前兩旬各氣象因子、前兩旬加當旬氣象因子分別進行單因子相關分析，相關分析結果見表2，由表2可見，當旬各氣象因子與當旬甜菜夜蛾發生程度等級的相關系數均未通過信度為0.01或0.05水平的顯著性檢驗，無顯著相關性。前兩旬的最高氣溫與當旬甜菜夜蛾發生程度等級通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗，呈正相關；前兩旬降雨日數與當旬甜菜夜蛾發生程度等級通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗，呈顯著負相關；前兩旬最高氣溫大于35℃日數與甜菜夜蛾發生程度等級通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗，呈顯著正相關；前兩旬相對濕度與當旬甜菜夜蛾發生程度等級通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗，呈負相關。其余前兩旬氣象因子甜菜夜蛾發生程度等級均無顯著相關性。前兩旬加當旬的降雨日數與甜菜夜蛾發生程度等級通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗，呈顯著負相關；前兩旬加當旬最高氣溫大于35℃日數與當旬甜菜夜蛾發生程度等級通過了信度為0.01水平的顯著性檢驗，呈顯著正相關；前兩旬加當旬相對濕度與當旬甜菜夜蛾發生程度等級通過了信度為0.05水平的顯著性檢驗，呈負相關；前兩旬加當旬其余氣象因子與甜菜夜蛾發生程度等級均無顯著相關性。

2.1.2 模型因子篩選過程

當旬平均氣溫、最高氣溫、最高氣溫大于35℃日數與當旬蟲量增長量存在顯著性相關，而前兩旬最高氣溫、最高氣溫大于35℃日數與甜菜夜蛾發生程度等級呈正相關，前兩旬加當旬最高氣溫大于35℃日數與甜菜夜蛾發生程度等級呈正相關。一般而言，最高氣溫大于35℃日數越多，最高氣溫值就越大，平均氣溫也就越高，這3個因子存在顯著關聯性，為了消除模型因子的共線性影響，且遵循相關系數值最大的因子的原則，本研究選用前兩旬加當旬最高氣溫大于35℃日數作為建模因子。遵循上述原則，本研究還選擇了前兩旬加當旬的降雨日數、前兩旬的相對濕度值作為建模因子。前人研究表明：在同一溫度下， 甜菜夜蛾幼蟲體長的增長率隨濕度的升高而降低，而在同一相對濕度下，甜菜夜蛾幼蟲體長的增長率隨溫度升高而顯著加快，甜菜夜蛾成蟲產卵量明顯受溫度和濕度的影響[1011]。有關專家研究表明連續的降水將導致預蛹期延長，影響蛹的成活和正常羽化。因此模型所選因子均具有生物學意義[11]

2.2 甜菜夜蛾發生程度的氣象等級預報模型

2.2.1 模型構建

選用2009-2010年時間段，以旬為時間尺度，結合各旬甜菜夜蛾發生程度等級及以上選取的建模因子，采用多元線性回歸方法進行建模。甜菜夜蛾成蟲發生主要時段氣象發生等級的預測模型見式（1）。

該回歸方程的顯著性檢驗：由方差分析表中得知：F=7.408，Sig=0.000，通過顯著性水平為0.01的顯著性檢驗，表明方程回歸效果較好，具有良好的統計學意義，可用于甜菜夜蛾成蟲氣象發生等級的預測預警。

2.2.2 預測模型的歷史回代檢驗及效果分析

根據建立的湖北省甜菜夜蛾發生等級統計模型，分別將2009-2010年所選氣象因子代入模型計算得到各站點逐旬的甜菜夜蛾成蟲發生等級模型值，模型得出等級值小數部分四舍五入，然后通過對所建模型進行歷史回代檢驗。

檢驗方法：計算得出2009-2010年湖北省襄陽市、武漢市、荊州市甜菜夜蛾發生主要時段成蟲逐旬發生等級模型預測值，與逐旬實際發生等級進行比較，驗證模型的可靠性。模型等級與實際等級值無級差認為完全一致，等級值有1級級差認為基本一致，等級值有2級以上級差認為不一致。

檢驗結果顯示（見表3）：湖北省甜菜夜蛾發生等級模型預測值與甜菜夜蛾發生等級實測值的旬檢驗結果完全一致的占26%，旬檢驗結果基本一致以上的占76%。模型的檢驗結果表明，甜菜夜蛾發生等級預測模型模擬結果較好，可靠性較強。

2.2.3 預測模型的獨立樣本預測檢驗及效果分析

根據建立的甜菜夜蛾發生等級預測模型，把2015年武漢市所選氣象因子代入模型計算得到武漢站8-10月逐旬甜菜夜蛾成蟲發生等級模型預測值，再利用上述歷史回代檢驗中提到的驗證指標對預報結果進行驗證。模型預測檢驗結果顯示（表4）：武漢地區甜菜夜蛾發生等級模型預測值與實際值旬值完全一致的占22%，旬值達基本一致以上的占63%，總體預報結果較好。

3 結論與討論

隨著全球氣候變暖及蔬菜大棚的大量推廣，甜菜夜蛾已經成為發生面積最大、為害程度最重的害蟲，成為制約湖北省“菜籃子工程”安全性的主要因素之一。甜菜夜蛾的發生發展受溫度、濕度、降水等氣象環境因子的影響，因此，可利用氣象因子對甜菜夜蛾發生程度進行預測。本文對甜菜夜蛾發生程度等級與前期各項氣象因子進行單因子相關分析，找出顯著相關且具有生物學意義的因子，采用多元線性回歸統計分析方法，構建了甜菜夜蛾發生流行的氣象等級預測模型，并對模型進行歷史回代和獨立樣本預測檢驗。歷史回代檢驗結果顯示：76%的樣本旬檢驗結果達基本一致以上；獨立樣本預測檢驗結果顯示；63%的樣本旬值達基本一致以上，模型總體預報結果較好，可靠性強。因此，可利用該模型開展甜菜夜蛾發生程度氣象預測相關業務服務。

一般而言，甜菜夜蛾幼蟲發生量與前期成蟲發生量成正比，且甜菜夜蛾成蟲暴發后的10～15 d是幼蟲暴發時間。預測到甜菜夜蛾成蟲發生程度，一方面可提前采用人工除卵的方式減少幼蟲量；另一方面，化學農藥防治甜菜夜蛾的最佳時段為3齡幼蟲期前，成蟲的發生預測，對幼蟲的防治有很好的指導意義。

本文中甜菜夜蛾僅有2009-2010年、2015年監測數據，數據資料序列偏短，應在以后的研究中不斷增加樣本序列，可對模型進行不斷修正，進一步提高其預報精度。甜菜夜蛾是一種遷飛性害蟲，其發生發展不僅受地面氣象因子的影響，還與大氣環流特征、蟲源基數、天敵條件及人工防治等密切相關，而本文只討論了在甜菜夜蛾成蟲發生程度與氣象因子的關系。在以后的研究工作中將繼續對其他影響因子做進一步分析和探討。

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（責任編輯：田 喆）