基于主成分分析的鄭州市小蜂螨暴發風險等級評價

程嫻 唐淼 吳元翠 李方東 袁媛 余林生 畢守東

摘要 小蜂螨作為亞洲地區主要的蜜蜂害蟲，嚴重阻礙了蜂產業的健康穩定發展。定量描述小蜂螨的暴發風險等級可以為該螨的早期防控提供一定的科學依據。本研究根據鄭州市1991年至2010年的氣象數據，利用主成分分析法將小蜂螨暴發地的6個相關氣象指標轉換成3個相互獨立的綜合指標，再對綜合指標值進行加權相加得到各年小蜂螨暴發風險的綜合評價值，并對其進行等級劃分，分別得到各年小蜂螨的暴發風險等級。其中除2006年外，其余年份均與實際調查結果相符，其等級評價正確率達90%。根據不同的暴發風險等級，需要采取不同的防御手段，特別是對當年小蜂螨暴發風險等級較高的地區應加強監測，做好防治工作。

關鍵詞 小蜂螨; 主成分分析; 綜合指標; 暴發風險等級

中圖分類號： S 895

文獻標識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2018335

小蜂螨Tropilaelaps mites屬寄螨目Parasitiformes，皮刺螨科Dermanyssidae，熱厲螨屬 Tropilaelaps，又名小螨。在亞洲地區該螨是一類比大蜂螨危害更大的蜜蜂害螨[1]。小蜂螨主要寄生在西方蜜蜂的子脾上，寄生率高達 90%左右[2]，其繁殖快、攜播期短，靠吸食幼蟲和蛹體汁液進行繁殖，經常造成大量封蓋幼蟲無法化蛹，或蛹體在巢房腐爛，勉強出房的幼蜂殘缺不全，致使蜂群的生產力嚴重下降。如果對發病群不加控制，極易造成全群爛子覆滅。

1961年小蜂螨首次在菲律賓的東方蜜蜂死蜂標本上發現[3]，隨后由于蜂群的轉地飼養以及進出口活動，很快擴散到巴基斯坦、緬甸、斯里蘭卡等國家。截至目前，小蜂螨主要分布在熱帶與亞熱帶地區，受小蜂螨危害嚴重的國家主要有菲律賓、緬甸、阿富汗、越南、泰國、巴基斯坦等[4]。歐洲地區還沒有小蜂螨為害的報道[5]。中國也是受小蜂螨為害較為嚴重的國家。1958年江西省在少量蜂群上發現有小蜂螨，1960年，江西省和廣東省養蜂區出現大量小蜂螨為害，此后逐漸向其他地區蔓延，現在已經遍及全國養蜂地區，特別是氣候溫暖的長江以南地區，蜂群往往全年被寄生。因此對小蜂螨的研究已經成為蜜蜂病蟲害研究中備受重視和關注的主要問題。

有關小蜂螨的分布特征[5]、生物學特性[68]以及生物防治[4，910]等方面已有較多報道，但是通過建立數學模型定量地評價小蜂螨暴發風險等級則未見報道。本文基于主成分分析法將小蜂螨暴發區域的6個相關氣象指標轉換成3個相互獨立的綜合指標，再對綜合指標取值進行加權相加，得到各年小蜂螨暴發風險的綜合評價值，定量地刻畫了小蜂螨的暴發風險等級，以期為該螨的早期防控提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 數據及來源

選取距離鄭州市氣象站最近的小蜂螨暴發區為樣本地。獲取鄭州市1991年至2010年逐日氣象數據，數據主要來源于中國氣象科學數據共享服務網 （http：∥data.cma.cn/）。

1.2 方法

1.2.1 氣象指標選取

溫度和濕度是影響小蜂螨發育與生長的主要因素。本文選取降水量、平均氣溫、平均相對濕度、日最低氣溫、日最高氣溫、最小相對濕度6個氣象指標用于主成分分析。

1.2.2 風險等級評價標準

在國家蜂產品產業技術體系2015年度項目的研究中，體系專家依據2000年至2010年新鄉養蜂綜合試驗站和金華養蜂綜合試驗站中部分示范縣上報的小蜂螨發生情況，將小蜂螨暴發風險劃分為4個等級。其中，0級：1房內發現蜂螨數量=0頭;1級：1頭≤1房內發現蜂螨數量≤2頭;2級：3頭≤1房內發現蜂螨數量≤4頭;3級：1房內發現蜂螨數量≥5頭。

1.3 數據處理

1.3.1 數據標準化

基于min-max標準化法，利用MATLAB軟件對獲取的鄭州市1991年至2010年氣象數據進行標準化處理：

1.3.2 提取主成分

運用SPSS軟件，對標準化后的指標進行主成分分析，提取能反映原數據信息總量85%以上的p個主成分Y1，Y2，…，Yp代替原來的m個指標變量。

1.3.3 權重

1.3.4 風險等級評價值

計算小蜂螨暴發風險評價值Z可按如下公式：

2 結果與分析

2.1 指標分析及主成分的提取

將暴發區域6個氣象指標的年數據進行標準化后運用SPSS軟件對其進行相關性分析，從而得到各氣象指標的相關系數矩陣（表1）。由表1可以看出，6個氣象指標之間存在一定的相關性，如果直接用這些指標進行風險等級評價，必然會使信息發生重疊，造成評價結果不準確。因此為了盡量減少信息重疊，本文對該6個氣象指標進行主成分分析。

由表2可以看出，第一主成分的方差貢獻率為53.858%，第二主成分的方差貢獻率為23.820%，第三主成分的方差貢獻率為11.352%，前3個主成分的累計貢獻率為89.030%，符合累計率85%的原則。因此，取前3項作為主成分因子，其余項忽略不計，這樣原有的6個單項氣象指標就可以轉換成3個相互獨立的綜合指標。

運用主成分分析法計算出所取主成分因子的成分載荷矩陣（表3）。從表3的分析結果可以看出，第1主成分主要包括平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫、平均相對濕度;第2主成分主要包括降水量;第3主成分主要包括最小相對濕度。以Yi表示第i個主成分即綜合指標， X*i表示各個單項指標的標準化值，根據載荷矩陣可得主成分方程為：

將各年各個單項指標的標準化值代入主成分方程（4）～（6）即可得到1991年至2010年各年的3個綜合指標得分，并根據min-max標準化法對綜合指標得分進行標準化處理。

2.2 權重的確定

由表2可知前3個綜合指標的方差貢獻率分別為53.858、23.820、11.352，根據公式（2）即可算出各綜合指標的權重分別為0.605、0.268、0.127。

2.3 綜合評價值

將以上得到的各年3個綜合指標得分和每個綜合指標的權重代入公式（3），計算得到鄭州市1991年至2010年各年小蜂螨暴發風險的綜合評價值（表4），其值越小，暴發風險越大。由于求得的暴發風險的綜合評價值區間為0～1，用0.27的間距將綜合評價值等距地劃分為4個等級： 0≤綜合評價值<0.27，暴發風險等級為3級;0.27≤綜合評價值<0.54，暴發風險等級為2級;0.54≤綜合評價值<0.81，暴發風險等級為1級;0.81≤綜合評價值<1，暴發風險等級為0級。由表4可以看出，根據本文的計算方法，1996年的暴發風險等級為3級，1997年、2003年的暴發風險等級為2級，2004年至2010年的暴發風險等級為1級。國家蜂產業技術體系崗位科學家余林生主持的蜂產品產業技術體系2015年度項目調查獲得的實際暴發等級，1996年為3級，1997年、2003年和2006年為2級，2004-2005年，2007-2010年為1級，列于表4，暴發風險綜合評價值等級與實況相比，僅2006年的暴發等級有所偏差，由本文計算的綜合評價值劃分2006年的暴發風險等級為1級，而實際暴發等級為2級，其余年份的暴發風險等級均與實際調查結果相符，兩者是一一對應的。這樣10年的資料，結果只一年有誤差，準確率可達90%。

3 結論與討論

小蜂螨作為亞洲地區主要的蜜蜂害蟲，會直接導致蜂產品產量銳減，間接影響依賴蜜蜂授粉的各類作物產量，不利于生態環境的健康可持續發展。據報道，在南方（廣東等地）的蜂群中每年3月份就能見到小蜂螨，而北京、河北等華北地區要到6月中旬左右才能在個別蜂群中看到，東北地區發現小蜂螨還要晚一些。但到7月以后，小蜂螨的寄生率不斷上升，9月會達到最高峰，到了11月以后，當外界氣溫下降到10℃以下，華北地區的蜂群內又基本看不到小蜂螨[11]。而在長江以南不少地區蜂群終年都有小蜂螨的寄生，尤其在雨水較多的年份或陰雨連綿的天氣發病率較高。由此可見，溫度和濕度直接影響著小蜂螨的暴發程度。根據小蜂螨的這種生物學特性，本文選取了與溫度和濕度相關的6個氣象指標，利用主成分分析法研究了小蜂螨的暴發風險等級。結果表明，運用本文方法計算得到的小蜂螨暴發風險等級90%與實際調查結果相符。這是因為小蜂螨的暴發程度不僅與氣候有關，還與蜂群飼養模式、蜜蜂品種、蜂場衛生環境、蜜粉源植物等因素相關。本文僅選取了較為重要且易于獲取數據的氣候因素用于建立模型。為了更好地評定小蜂螨暴發風險等級，下一步將考慮加入更多可量化因素進行綜合評價。

一旦得到小蜂螨的暴發風險等級，便可以根據其等級采取不同的防御手段，特別是對于當年小蜂螨暴發風險等級較高的地區應當作為重點區域，提前加強監測，做好防治工作。目前小蜂螨的防治工作主要有生物防治和化學防治等。由于小蜂螨只能在成蜂體上存活1～2 d，并且不能吸食成蜂血淋巴，因此可采用人為幽閉蜂王或者誘入王臺等斷子的方法[9]防治。也可以蟲治螨，將交尾后的赤眼蜂放入蜂群，赤眼蜂雌蜂會將自己的卵產在螨卵中，使得螨卵不能正常發育，以此來控制蜂螨對蜂群的危害[10]。還可以利用小蜂螨親雄蜂幼蟲的特性，采用雄蜂脾誘捕治螨[10]。化學防治上常用熏煙劑來熏治蜂螨，也可以使用升華硫防治小蜂螨。很多用來防治大蜂螨的藥劑比如緩釋型氟胺氰菊酯、硝酸鉀和雙甲脒的混合溶液等也可以有效防治小蜂螨[12]。生物防治是一種環保型的治螨技術，一般不會影響蜜蜂的健康和蜂產品的質量，因此對于小蜂螨暴發風險等級較低的地區，可以盡量采用生物防治。而對于小蜂螨暴發風險等級較高的地區，則可以化學防治為主，同時加強飼養管理，采取綜合措施，以達到更好的治螨效果。

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（責任編輯：楊明麗）