地形因子對剛竹毒蛾危害的影響初探

周紫嫣 胡新宇 林璐 黃旭影 許章華 周華康 許婼楠 吳可欣

摘要 剛竹毒蛾是竹的最主要食葉性害蟲，嚴重影響竹林健康與竹業生產，掌握其空間分異規律對開展該蟲害的監測與防控工作具有重要意義。以福建省延平區為研究區，基于剛竹毒蛾危害分布與地形數據，采用空間疊置分析等方法，統計不同地形條件下蟲害分布占比，依此探究地形因子對該蟲害的影響。結果表明，隨著海拔、坡度的升高，蟲害分布占比呈現先升后降特征，海拔500～800 m、坡度10°～24°為主要危害區域;東、東北、東南3個坡向的蟲害分布占比最高，合計達57.09%;蟲害與坡位的關系表現為“高集中”特征，主要分布于山脊，占比高達71.63%;其次為山谷，占比21.94%。該文證實地形因子對剛竹毒蛾危害具有重要影響，據此建議對海拔500～800 m，坡度10°～24°，東向、東北向、東南向及山脊、山谷區域的蟲害予以重點監測與防控。

關鍵詞 地形因子;剛竹毒蛾;疊置分析;延平區

中圖分類號：S763.42 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2020）02-061-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.02.024

Preliminary Study on the Influence of Topographic Factors on the Damage of Pantana phyllostachysae Chao

ZHOU Zi-yan? et al（College of Environment and Resources，Fuzhou University，Fuzhou，Fujian 350108）

Abstract Pantana phyllostachysae Chao is the most important leaf-eating pest of bamboo，which seriously affects the health of bamboo forests and bamboo production. Mastering the law of spatial differentiation is of great significance for the monitoring and prevention of this pest. Taking Yanping District of Fujian Province as the study area，based on the hazard distribution and topographic data of the P. phyllostachysae，spatial overlay analysis was used to calculate the proportion of pest distribution under different topographic conditions，and the influence of topographic factors on the pests was explored. The results showed that with the increase of altitude and slope，the distribution of pests had the characteristics of increasing first and then decreasing，with the altitude of 500-800 m and the slope of 10°-24° being the main. The east，northeast and southeast were the highest proportion of pests，with the total proportion of 57.09%. The relationship between pests and slopes was characterized by "high concentration"，which was mainly distributed on ridges，accounting for 71.63%，followed by valleys，accounting for 21.94%. This paper confirms that the topographic factors have an important impact on the damage of the P. phyllostachysae. According to this，we will focus on monitoring and controlling pests in the east，northeast，southeast，and ridge and valley areas at an altitude of 500-800 m and a slope of 10°-24°.

Key words? ?Topographic factors;Pantana phyllostachysae Chao;Overlay analysis;Yanping District

剛竹毒蛾（Pantana phyllostachysae Chao）屬鱗翅目毒蛾科竹毒蛾屬，分布于福建、江西、浙江等省區，是竹的最主要食葉性害蟲[1]，也是我國林業有害生物監測的對象之一。該蟲害暴發成災時，寄主蟲口密度急劇上升，短時間內即可將竹葉取食殆盡，使竹材變脆，重則成片枯死，狀如火燒，嚴重影響竹林健康與竹業生產，造成大量的經濟損失[2-5]。因此，掌握其發生與發展規律，開展剛竹毒蛾危害監測工作意義重大。學界已經發現，除自身的生物學特性外，大部分森林病蟲害的發生發展與自然地理、林分結構、環境條件、食物天敵及人為活動等諸因素相關。其中，地形因子不僅直接影響植物與昆蟲分布，其與溫度、濕度等還有著密切聯系，從而影響蟲害的發生概率[6-8]。Grodzki等[9]研究了云杉八齒小蠹的垂直分布特征，發現位于海拔800 m以上的寄主死亡率較高，且蟲口密度及蟲體大小較低海拔處更大;Cramer[10]通過對山地地形和溫度進行分析，以此研究蟲害的有效控制方法;許章華等[11]提出一種適于南方山地丘陵區馬尾松毛蟲蟲害信息提取的方法，就重點考慮了地形因子的影響;馬望等[12]發現海拔、溫度和濕度等因素與華山松大小蠹發生率有顯著正相關關系，且坡度與海拔的交互作用對華山松大小蠹發生率有顯著影響。由此可見，探究蟲害在不同地形條件下的分布規律，分析地形因子對蟲害的影響是森林蟲害的精準監測與防控的一項基礎性工作。剛竹毒蛾是我國特有的一種森林蟲害，國外尚未見報道。對于該蟲害的研究，還主要局限于其生物學特性及防治技術方面[13-14];近年還有學者開展剛竹毒蛾危害下的毛竹葉片光譜特征波長及基于毛竹葉片理化參數的剛竹毒蛾危害檢測等研究工作[15-16]。但是，還未總結地形因子對剛竹毒蛾危害的影響規律。鑒于此，筆者旨在獲取剛竹毒蛾危害區及地形數據的基礎上，初步探究海拔、坡度、坡向、坡位等常用地形指標對該蟲害的影響規律，為進一步研究該蟲害的發生與發展規律提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

以南平市延平區為研究區域（圖1），該區地理范圍為117°50′～118°40′ E，26°15′～26°52′ N，總面積2 659.7 km2，地勢表現為南北高、東西低的馬鞍狀，在山地丘陵中，夾有許多小型山間盆谷地形，多沿溪河分布。延平區氣候溫和，森林資源豐富，素有“森林之窗，本甲全閩”之稱。截至2015年底，區內土地面積26.6萬hm2，其中林地面積19.4萬hm2，竹林面積3.92萬hm2，毛竹也是剛竹毒蛾最為重要的寄主。近10年來，延平區每年各類林業病蟲害發生面積近4.08萬hm2，主要有剛竹毒蛾、馬尾松毛蟲、松材線蟲病等，剛竹毒蛾等食葉性害蟲的發生面積呈逐年上升的趨勢。

1.2 數據收集

1.2.1 剛竹毒蛾危害分布數據 該數據來源于國家自然科學基金項目“剛竹毒蛾危害下的毛竹林遙感響應機理研究（41501361）”的研究成果，反映延平區2017年剛竹毒蛾危害分布情況，將蟲害等級劃分為無危害、輕度危害、中度危害、重度危害4級。該數據基于Landsat 8 OLI遙感影像，利用耦合遙感響應特征的剛竹毒蛾危害檢測方法獲得。主要流程是：根據地面確定的各項剛竹毒蛾危害的毛竹表征選擇并獲取與之對應的遙感指標，包括葉面積指數LAI、特征光譜指數CSI、歸一化差值山地植被指數NDMVI、全局植被濕度指數GVMI，耦合上述各項指標，基于隨機森林構建檢測模型[17-21]。

1.2.2 地形數據 來源于“地理空間數據云”網站下載的ASTER GDEM 30 m空間分辨率DEM數據。由于研究需要，保持上述數據空間投影與坐標信息的一致性。

1.3 蟲害數據處理

1.3.1 蟲害數據二值化處理? ?該文僅討論剛竹毒蛾在不同地形條件下的發生率與分布情況問題，故將剛竹毒蛾危害分布數據進行二值化，即將輕度危害、中度危害、重度危害歸并為蟲害發生區域（圖2）。

1.3.2 剛竹毒蛾蟲害分布占比 通過統計不同等級地形因子下蟲害發生的面積和所有蟲害發生面積之比來計算蟲害分布占比，公式如下：

P=Ai/A×100%（1）

式中，P為剛竹毒蛾蟲害分布占比;Ai為在某地形條件下的分布面積;A為蟲害總面積。

1.4 地形因子提取

1.4.1 海拔 海拔是DEM最直觀的表現形式，通常也是地形因子提取的基礎。不同的海拔高度往往影響著溫度、濕度等一系列環境因子的變化，對昆蟲和植被的生活環境產生影響。

1.4.2 坡度 坡度是對地表單元陡緩程度的反映，能間接地表示地形的起伏狀態，也是各種地學分析模型數據的基礎，同時坡度還影響地表物質流動與能量轉換的規模和強度，是制約生產力空間布局的重要因子。

1.4.3 坡向 坡向是坡面法線在水平面上的投影方向，對于山地生態有著較大的影響，在一定程度上影響著地表生態環境的變化。對于地面任何一點來說，坡向表征了該點高程值改變量的最大變化方向。

1.4.4 坡位 坡位由坡位指數（Topo？鄄graphic Position Index，TPI）反映。該指數的基本原理為：用某點高程與周圍一定范圍內平均高程的差，結合該點的坡度，來確定其在坡面上所處的部位[22]。TPI對于地貌分類有著十分重要的意義，其表達式為：

式中，TPI為坡位指數;Z為研究對象高程值;為鄰域高程均值。TPI的取值與鄰域的范圍大小密切相關，其形狀可以是圓形、環形、方形或者定制的不規則形狀。坡位分類與坡位指數的對應關系如表1所示。

1.5 地形因子對蟲害影響的分析方法

將蟲害數據與地形因子進行疊置分析，統計不同地形條件下剛竹毒蛾危害面積占比，分析地形與蟲害分布占比的對應關系。

2 結果與分析

2.1 海拔對剛竹毒蛾危害的影響

圖3顯示，隨著海拔的升高，剛竹毒蛾危害分布占比呈現先上升后下降的趨勢，大體表現為開口向下的拋物線特征。具體表現為：在海拔200～600 m的區域內，蟲害分布占比不斷上升，從最初的4.31%逐漸達到32.23%的峰值;在海拔600～800 m的區域內，蟲害分布占比下降，從32.23%下降為29.18%;海拔800 m以上區域，蟲害分布占比下降速率有所加快，從29.18%下降到16.94%。剛竹毒蛾蟲害主要分布于海拔500～800 m的區域，在600 m左右達到峰值。

2.2 坡度對剛竹毒蛾危害的影響

圖4顯示，隨著坡度的增加，剛竹毒蛾的危害占比呈現先升后降的特征，大致也表現為開口向下的拋物線特征，但在達到峰值后，分布占比下降的速度在不同的坡度條件下有較大差異。具體表現為：在8°～16°區域內，蟲害分布占比由11.57%上升到34.46%;在16°～24°區域內，蟲害分布占比從34.46%下降為25.01%;在24°～32°區域內，蟲害分布占比基本不變，約為25.01%;在32°～40°區域內，蟲害分布占比急速下降，由25.01%迅速下降到3.7%;在40°～48°的區域內，蟲害分布占比下降的速率又趨緩，當坡度達48°時，蟲害分布占比僅有0.25%。由此可見，剛竹毒蛾危害主要分布于10°～24°的坡度范圍內，在坡度為16°左右時達到峰值。

2.3 坡向對剛竹毒蛾危害的影響

將坡向分為“平坡+八方向”，“八方向”由北開始，順時針依次統計，得到不同坡向條件下剛竹毒蛾危害的分布占比（圖5）。總的來看，蟲害分布占比呈現以東向為中心向兩側方向遞減的特征。東、東北、東南3個坡向的蟲害分布占比最高，其中東向21.86%、東北向18.43%、東南向16.80%，合計占比57.09%;西北向的蟲害分布占比最小，為3.93%。

2.4 坡位對剛竹毒蛾危害的影響

剛竹毒蛾危害與坡位的關系表現為“高集中”特征。圖6顯示，剛竹毒蛾危害主要分布于山脊，占比高達71.63%;其次為山谷，占比21.94%;在此2種坡位條件下，集中了超過90%的蟲害。而在上坡、中坡、下坡、平坡等其他坡向，剛竹毒蛾危害的分布面積極少，合計僅占6.43%。

3 結論與討論

上述結果證實，剛竹毒蛾危害呈現明顯的空間分異特征，在蟲害監測與防控工作中，地形因子對剛竹毒蛾危害分布的影響不可忽視。綜合來看，這主要與剛竹毒蛾的生活習性有關。海拔差異導致植被生長環境中溫度、濕度等要素的差異[23-24]。隨著海拔的增高，氣溫降低，濕度降低，當到達一定水平時，竹的開始繁殖能力減弱，竹林分布較少，而剛竹毒蛾在此環境下活動不活躍，故當蟲害分布占比達到高峰后，隨著海拔的升高蟲害現象減少。緩坡地帶水土較為豐饒，適于竹子生長，竹林分布面積大，為剛竹毒蛾提供豐富的取食來源，因此，在坡度低于32°的區域內，蟲害分布比例大。從坡向看，蟲害主要分布于東、東北、東南等方向，這顯然與光照緊密相關。竹喜陽，剛竹毒蛾的暴發成災也需要充足的光照與溫度，因此，在上述坡向區域內，蟲害分布占比較大。在坡位方面，山谷地帶土壤水肥條件好，有利于竹子的生長，而山脊地帶的日照和空氣條件較好，竹子的光合作用和呼吸作用速率加快，同樣有利于竹子的生長，陳梅香等[25]和尹承隴等[26]的研究也表明，山谷和山脊區域的蟲害發生率更高。此外，植被對害蟲侵染均有抗性，當竹生長情況良好時，其抗性更強，反之亦然。由此可見，地形因子對剛竹毒蛾危害影響的機制復雜，還有待于今后的進一步研究。

海拔、坡度、坡向及坡位等地形因子與剛竹毒蛾蟲害分布占比有著密切聯系。隨著海拔的升高，剛竹毒蛾危害分布占比呈現先上升后下降的趨勢，剛竹毒蛾蟲害主要分布于海拔500～800 m的區域，在600 m左右達到峰值;隨著坡度的增加，剛竹毒蛾的危害占比呈現先升后降的特征，剛竹毒蛾危害主要分布于10°～24°的坡度范圍內，在坡度為16°左右時達到峰值;蟲害分布占比呈現以東向為中心向兩側方向遞減的特征，東、東北、東南3個坡向的蟲害分布占比最高，合計占比57.09%，西北向的蟲害分布占比最小，為3.93%;剛竹毒蛾危害主要分布于山脊，占比高達71.63%;其次為山谷，占比21.94%。在森防檢疫工作中，建議對海拔500～800 m，坡度10°～24°，東向、東北向、東南向及山脊、山谷區域予以重點監測與防控。

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責任編輯：鄭丹丹