中哈邊境塔城區域遷飛性昆蟲雷達觀測研究初探

曹凱麗 汪姝玥 于冰潔

摘要 2017年和2018年6月至8月運用KC-08XVSD型昆蟲雷達，結合探照燈誘蟲器和地面誘蟲燈誘捕數據及地面氣象數據，分析了中哈邊境塔城區域空中昆蟲飛行特征及主要類群。結果表明：高空燈共誘捕到昆蟲151種，分屬12目50科，主要以鱗翅目和鞘翅目為主，地面燈共誘捕到昆蟲137種，分屬12目54科，主要以鞘翅目、半翅目、雙翅目和直翅目為主，其中高空燈下寬脛夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾的種群數量具有突增突減現象。雷達監測結果顯示：燈下誘集到大量昆蟲時，雷達回波時間主要集中在22：00-02：00，回波高度主要集中在200～600 m，有明顯的成層現象和啞鈴形回波分布。偏西風天氣、風速在1.4～2.9 m/s時高空燈和地面燈誘蟲數量較多。研究結果為利用昆蟲雷達長期監測中哈邊境昆蟲遷飛提供基礎數據，為深入探討中哈邊境區域害蟲遷飛規律和監測預警提供科學依據。

關鍵詞 中哈邊境; 雷達觀測; 昆蟲遷飛; 飛行特征

中圖分類號： S 431.9 ?文獻標識碼： A ?DOI： 10.16688/j.zwbh.2019042

Abstract The KC-08XVSD entomological radar was used to study the flight characteristics and the dominant species of aerial insects in Tacheng area along the China-Kazakhstan border during June-August of 2017 and 2018. The data from entomological radar， search light trap， ground light trap and surface meteorological data were integrated in this study. The experimental results indicated that there were 151 species of insects trapped by search light trap， belonging to 50 families and 12 orders， mainly Lepidoptera and Coleoptera， and 137 species of insects trapped by ground light trap， belonging to 54 families and 12 orders， mainly Coleoptera， Hemiptera， Diptera and Orthoptera. The insects Protoschinia scutosa， Anarta trifolii and Agrius convolvuli showed a phenomenon of sudden change in the number of their populations. The target echoes of entomological radar indicated that， when a large number of insects were trapped by the lamp， there was a significant peak period of target echo density from 22：00 to 02：00， and the migration altitude of insects was mainly concentrated at 200-600 m. Entomological radar screen showed that there were dumbbell-shaped distribution of echoes and layering phenomenon of insects. When the wind direction was westerly and the wind velocity was from 1.4 m/s to 2.9 m/s， more number of insects was trapped by search light and ground light. These results provide a reference for the long-term monitoring of insect migration by using entomological radar in the future， and provide a scientific basis for the further study on the migration rules of pests and the monitoring in the border areas of China and Kazakhstan.

Key words China-Kazakhstan border; radar observation; insect migration; flight characteristics

遷飛是昆蟲在時間和空間上躲避不良環境的策略，也是許多害蟲大范圍突發成災的原因之一[1-2]。昆蟲遷飛多發生在夜間且飛行高度超出裸眼觀測范圍，導致對其預測預報較難[3-5]。昆蟲雷達（entomological radar）接收昆蟲身體反射雷達發出的電磁波，并通過回波解算獲得空中目標的數量、遷移高度和速度及方向等重要參數[6-7]。國內外學者先后借助昆蟲雷達技術對塞內加爾小車蝗Oedaleus senegalensis Krauss、非洲黏蟲Spodoptera exempta （Walker）、草地螟Loxostege sticticalis Linnaeus、褐飛虱Nilaparvata lugens Stl和黃地老虎Agrotis segetum（Denis et Schiffermüler）等遷飛害蟲的飛行高度、速度和行為進行了研究，對建立遷飛害蟲早期預警體系具有重要意義[8-13]。隨著現代科學技術的快速發展，昆蟲雷達建制技術有了長足進步，昆蟲雷達的運轉模式已由單一掃描昆蟲雷達或垂直監測昆蟲雷達模式融合創新出雙模式昆蟲雷達，在探測精度、盲區縮減、參數豐富度等方面都獲得了重要突破，新技術奠定了昆蟲雷達開展遷飛性害蟲監測預警的應用基礎[7，14]。

中國與哈薩克斯坦邊境（以下簡稱“中哈邊境”）塔城區域屬于溫帶大陸性氣候，具有豐富的植被類型[15]。在適宜的氣象條件下，害蟲跨境遷飛事件頻繁發生，給當地農牧業帶來嚴重損失，該區域已經報道的遷飛性害蟲有草地螟、亞洲飛蝗Locusta migratoria migratoria（L.）和意大利蝗Calliptamus italicus（L.）等[16-19]。截至目前，此區域僅有記錄遷飛性害蟲發生情況，對空中昆蟲類群、飛行高度等飛行參數未見報道。本研究在中哈邊境塔城區域運用姊妹燈、昆蟲雷達、氣象站等對空中昆蟲進行了監測，經初步分析，首次系統記錄了昆蟲種類和數量及重點種類在重要時期的昆蟲雷達圖像特征，結合高空和地面昆蟲誘捕及氣象數據，分析該區域地面和空中昆蟲數量動態變化，明確空中昆蟲飛行主要類群和飛行參數，以期為深入探討中哈邊境區域害蟲遷飛規律和對其監測預警提供科學依據和技術支撐。

1 研究地點

本研究監測地點位于中哈邊境塔城區域“新疆師范大學中亞區域跨境有害生物聯合控制國際研究中心野外觀測實驗站”（以下簡稱“實驗站”，46°38′N，82°52′E，海拔443 m）。該監測點位于庫魯斯臺草原（草甸草原），距離中哈邊境線約3 km，周圍地勢平坦開闊，無高大山脈、樹林及建筑物的遮擋，優勢植物主要有芨芨草Achnatherum splendens（Trin.）Nevski、蘆葦Phragmites australis（Cav.）和鹽地堿蓬Suaeda salsa（Linn.）Pall.等，農作物主要為玉米Zea mays Linn.和甜菜Beta vulgaris Linn.，耕作制度為一年一熟。

2 材料與方法

2.1 空中種群觀測工具

2.1.1 姊妹燈

姊妹燈即高空燈和地面燈，參考張智[20]文中的參數，委托北京普禾泰農業科技有限公司加工制作，并配備時控開關。光源為1 000 W金屬鹵化物燈泡（ZJD，上海亞明）。

2.1.2 昆蟲雷達

本研究使用的KC-08XVSD型雙模式昆蟲雷達由無錫立洋電子科技有限公司研制生產，此雷達兼具垂直監測昆蟲雷達和掃描昆蟲雷達功能，并引進雙路饋線技術，盲區可降至100 m左右，垂直監測模式觀測高度范圍約為100～5 000 m，掃描模式下監測范圍約3 000 m。

2.2 氣象數據

近地面氣象數據為中國氣象數據網提供的中國地面氣象資料日值數據集（V 3.0）。

2.3 研究方法

根據中哈邊境塔城區域氣候特征及昆蟲生長發育期，2017年和2018年研究開展時間為每年的6月10日至8月30日。監測期內，根據監測點日落和日出時間，將每日誘蟲時間設置為北京時間22：00至翌日07：00。每日清晨更換誘蟲袋，小心取出誘捕袋中的昆蟲并進行數量統計和分類鑒定。鑒定主要依據《新疆昆蟲原色圖鑒》[21]《新疆林木害蟲野外識別手冊》[22]《中國草原害蟲圖鑒》[23]《北京燈下蛾類圖譜》[24]《中國昆蟲生態大圖鑒》[25]《農田常見昆蟲圖鑒》[26]。

雷達觀測時，掃描模式下，監測仰角有0°、15°、30°和45°，記錄數據格式有PPI（plan position indicator）和3PPI（3 plan position indicator）。此外，如果大量昆蟲過境，還使用RHI（range height indicator）模式進行觀測。雷達數據采集完成后自動存入電腦，利用非實時程序對數據進行解算，以便后期持續分析。

2.4 數據分析

數據分析使用SPSS 19.0軟件，作圖使用Origin Pro 8.0軟件。

3 結果與分析

3.1 高空燈和地面燈誘蟲結果

燈誘結果表明（表1），高空燈和地面燈誘捕昆蟲種類差異較大，高空燈誘集到的昆蟲主要以鱗翅目和鞘翅目為主，地面燈誘集到的昆蟲主要以鞘翅目、半翅目、雙翅目和直翅目為主。

高空燈共誘捕到151種昆蟲，分屬12目50科，2017年誘捕昆蟲屬26科，天蛾科、夜蛾科和步甲科占主要優勢，其中天蛾科以甘薯天蛾Agrius convolvuli（L.）為優勢種，夜蛾科寬脛夜蛾Protoschinia scutosa（G.）為優勢種，步甲科婪步甲屬Harpalus為優勢種;2018年誘捕昆蟲包括35科，天蛾科、夜蛾科、步甲科、龍虱科、金龜科、鰓金龜科和蟋蟀科占主要優勢，其中天蛾科以甘薯天蛾為優勢種，夜蛾科以旋歧夜蛾Anarta trifolii（H.）為優勢種，步甲科以婪步甲屬為優勢種，龍虱科以黃緣龍虱Cybister japonicus（D.）為優勢種，金龜科以游蕩蜉金龜Aphodius erraticus（L.）為優勢種，蟋蟀科以草原蟋Gryllus desertus Pallas為優勢種。

地面燈共誘捕到137種昆蟲，分屬12目54科，2017年誘捕昆蟲屬21科，隱翅甲科和步甲科占主要優勢，步甲科以婪步甲屬為優勢種;2018年誘捕昆蟲屬31科，蝽科、隱翅甲科、步甲科和金龜科占主要優勢，蝽科以蒼蝽Brachynema germarii Kolenati為優勢種，金龜科以游蕩蜉金龜為優勢種，步甲科以婪步甲屬為優勢種。

3.2 重要昆蟲種類的數量動態變化

2017年和2018年的6月至8月隱翅甲科和婪步甲屬昆蟲誘集數量較多，因隱翅甲科昆蟲數量無明顯季節波動變化，婪步甲屬昆蟲未能鑒定到種，故未統計季節波動變化。

2017年寬脛夜蛾發生2次蟲量高峰期，7月25日達到最多，當晚誘捕數量為616頭，誘蟲百分比為22.02%;甘薯天蛾發生2次蟲量高峰期，7月30日達到最多，當晚誘捕數量為300頭，誘蟲百分比為32.43%;2018年旋歧夜蛾發生3次蟲量高峰期，8月8日達到最多，當晚誘捕量為203頭，誘蟲百分比為17.11%;甘薯天蛾發生1次蟲量高峰期，8月21日達到最多，當晚誘捕量為238頭，誘蟲百分比為23.63%（圖1）。

3.3 昆蟲雷達監測

雷達觀測結果表明，相比0°、30°和45°仰角，15°仰角下觀察到的回波數量更多，一般22：00左右（日落時分）回波數量開始增多，回波數量主要集中在200～600 m的高度，至23：00左右達到高峰期，第2日凌晨02：00左右回波數量降低，直至06：00回波數量基本保持不變。2017年7月24日高空燈誘捕到大量寬脛夜蛾，誘蟲百分比為36.74%，同時雷達屏幕顯示大量回波點，除23：00和02：30回波數量集中在1 000 m高度外，其余時間段均主要集中在200～600 m高度，高峰期一直持續到04：00左右，回波點向東北方向移動（圖2和圖3）。

3.4 近地面風向風速對誘蟲數量的影響

2017年風向轉為偏西風（n=7，77.78%），風速為1.8～2.9 m/s，高空燈和地面燈誘蟲數量顯著增加（P<0.05）（圖4）。2018年風向轉為偏西風（n=11，45.83%），風速為1.4～2.3 m/s，高空燈和地面燈誘蟲數量顯著增加（P<0.05）（圖5）。風速>2.9 m/s，風向轉變為其他方向時誘蟲數量較少。

4 討論

本研究利用KC-08XVSD型雙模式昆蟲雷達對中哈邊境塔城區域空中昆蟲飛行特征及主要類群進行了初步研究，結果表明，7月中旬至8月初，空中飛行昆蟲數量較多，遷飛時段主要集中在22：00-02：00，分析原因與該時段地表迅速散熱，近地層空氣變成穩定層，并自下而上逐漸形成接地逆溫層，有利于昆蟲遷飛有關[27-28]。研究發現，中哈邊境區域內昆蟲遷飛高度主要集中在200～600 m，這與草地螟、棉鈴蟲Helicoverpa armigera等的研究結果基本一致[11，29-30]。截至目前，解釋空中昆蟲聚集成層的原因主要有“逆溫成層假說”（昆蟲在溫暖的氣流中成層遷飛）和“風成層假說”（昆蟲在風切變最強區域成層遷飛）[31-33]，中哈邊境塔城區域空中昆蟲聚集成層的原因還需進一步研究。

高空燈誘結果表明，寬脛夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾的數量具有突增突減現象，且出現日期與雷達監測回波數量高峰期一致，但與同期地面燈誘捕數量卻不吻合，因此可初步判斷寬脛夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾在該地區具有一定的遷飛和擴散現象。本研究監測點位于庫魯斯臺草原，主要植被類型為艾屬、藜科、禾本科和豆科等[34]，周邊農作物有玉米、甜菜等，都是寬脛夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾的寄主植物[24，35]，適宜上述害蟲在該區域發生為害。2018年每日誘捕昆蟲的平均數量為2017年的3～5倍，主要由2018年地面誘捕到大量隱翅甲科昆蟲所致。2018年監測點附近牛羊放牧數量較2017年多，大量的牛羊糞便為隱翅甲科昆蟲生長繁殖提供了食物來源。近地面風速風向對高空燈和地面燈誘蟲數量具有較大影響，兩年研究結果表明偏西風、風速在1.4～2.9 m/s時誘蟲數量較多，這可能主要跟塔城區域地形條件和特定的環流形勢有關[36]。塔城區域常年盛行東風或西風[36]，為害蟲遷出或遷入提供有利的氣象條件，本研究結果表明偏西風時遷飛昆蟲數量多，因此在昆蟲遷飛盛期，偏西風天氣需重點監測。風速大小是影響昆蟲遷飛的關鍵因子之一，適當的風速條件下可以誘捕到更多的昆蟲數量[37]，本研究表明風速在1.4～2.9 m/s時可以誘捕到大量昆蟲。

中哈邊境塔城區域具有703萬 hm2天然草場[38]，是多種害蟲重要發生地。本研究初步明確了中哈邊境塔城區域具有遷飛能力的害蟲類群，并確定了其飛行參數等基本信息，為進一步建立中哈邊境害蟲跨境遷飛監測預警體系提供技術支持。由于本研究所用雷達在X波段工作，發射的波長3.2 cm，監測盲區在100 m以下區域，體型較小或飛行高度較低的昆蟲可能沒有監測到。另外，2017年和2018年，高空燈連續15 d誘捕到遷飛能力較強的群居型亞洲飛蝗，平均每日誘蟲百分比為0.86%，雖未發現大規模遷飛暴發成災事件，但表明中哈邊境區域亞洲飛蝗仍具有嚴重發生的可能性，因此仍需加強監測預警研究及技術應用。

參考文獻

[1] 羅禮智. 昆蟲遷飛行為的發生與調控[J]. 科學， 1998， 50（3）： 32-35.

[2] 吳孔明，程登發，徐廣，等.華北地區昆蟲秋季遷飛的雷達觀測[J].生態學報，2001，21（11）：1833-1838.

[3] 程登發，張云慧，陳林，等.農作物重大生物災害監測與預警技術[M].重慶：重慶出版社，2005：49-52.

[4] 封洪強.雷達昆蟲學40年研究的回顧與展望[J].河南農業科學，2009（9）：121-126.

[5] 封洪強.雷達在昆蟲學研究中的應用[J].植物保護，2011，37（5）：1-13.

[6] CHAPMAN J W， DRAKE V A， REYNOLDS D R. Recent insights from radar studies of insect flight [J]. Annual Review of Entomology， 2011， 56： 337-356.

[7] 張智， 張云慧， 姜玉英， 等. 雷達昆蟲學研究進展及應用前景[J]. 植物保護， 2017， 43（5）： 18-26.

[8] RILEY J R， REYNOLDS D R. Radar-based studies of the migratory flight of grasshoppers in the middle Niger area of Mali[J]. Proceedings of the Royal Society of London， Series B： Biological Sciences， 1979， 204（1154）： 67-82.

[9] RILEY J R， REYNOLDS D R. A long-range migration of grasshoppers observed in the Sahelian zone of Mali by two radars [J]. Journal of Animal Ecology， 1983， 52： 167-183.

[10] ROSE D J W， PAGE W W， DEWHURST C F， et al. Downwind migration of the African army worm moth， Spodoptera exempta， studied by mark-and-capture and by radar [J]. Ecological Entomology， 1985， 10（3）： 299-313.

[11] 張云慧，陳林，程登發，等.草地螟2007年越冬代成蟲遷飛行為研究與蟲源分析[J].昆蟲學報，2008，51（7）：720-727.

[12] 齊會會，張云慧，程登發，等.褐飛虱2009年秋季回遷的雷達監測及軌跡分析[J].昆蟲學報，2010，53（11）：1256-1264.

[13] 郭江龍.黃地老虎渤海灣遷飛規律及飛行能力研究[D].鄭州：河南農業大學，2016.

[14] 張鹿平，張智，季榮，等.昆蟲雷達建制技術的發展方向[J].應用昆蟲學報，2018，55（2）：153-159.

[15] 斯爾克·伊斯拉木.塔城市天然草地資源及其分類[J].新疆畜牧業，2016（10）：62.

[16] 郭宏，烏蘭，趙磊.淺談塔城邊境地區蝗蟲危害與防控對策[J].新疆畜牧業，2011（12）：60-61.

[17] 王磊，徐光青，劉大鋒，等.遷入性亞洲飛蝗與氣象因子關系的研究[J].新疆氣象，2006（5）：25-27.

[18] 蘆屹，王惠卿，魏新政，等.2012年新疆草地螟重發特點及原因分析[J].中國植保導刊，2013，33（12）：47-51.

[19] VALERY K A， KURMET S B， AMAGELDY T S， et al. Preventive approach of phytosanitary control of locust pests in Kazakhstan and adjacent areas[C]∥International Conference on Agricultural， Ecological and Medical Sciences， Penang 10-11 February， Malaysia. 2015：33-37.

[20] 張智.北方地區重大遷飛性害蟲的監測與種群動態分析[D].北京：中國農業科學院，2013.

[21] 胡紅英，黃人鑫.新疆昆蟲原色圖鑒[M].烏魯木齊：新疆大學出版社，2013.

[22] 新疆維吾爾自治區林業有害生物防治檢疫局.新疆林木害蟲野外識別手冊[M].北京：中國林業出版社，2014.

[23] 楊定，張澤華，張曉.中國草原害蟲圖鑒[M].北京：中國農業科學技術出版社，2013.

[24] 丁建云，張建華.北京燈下蛾類圖譜[M].北京：中國農業出版社，2016.

[25] 張巍巍，李元勝.中國昆蟲生態大圖鑒[M].重慶：重慶大學出版社，2018.

[26] 蔣金煒，喬紅波，安世恒.農田常見昆蟲圖鑒[M].鄭州：河南科學技術出版社，2015.

[27] 翟保平，張孝羲.遷飛過程中昆蟲的行為：對風溫場的適應與選擇[J].生態學報，1993，13（4）：356-363.

[28] 高月波， 陳曉， 陳鐘榮， 等. 稻縱卷葉螟（Cnaphalocrocis medinalis）遷飛的多普勒昆蟲雷達觀測及動態[J]. 生態學報， 2008， 28（11）： 5238-5247.

[29] FENG Hongqiang， WU Kongming， CHENG Dengfa， et al. Spring migration and summer dispersal of Loxostege sticticalis （Lepidoptera： Pyralidae） and other insects observed with radar in northern China [J].Environmental Entomology，2004，33：1253-1265.

[30] FENG Hongqiang， ZHANG Yunhui， WU Kongming， et al. Nocturnal windborne migration of ground beetles， particularly Pseudoophonus griseus （Coleoptera： Carabidae） in China [J]. Agricultural and Forest Entomology， 2007， 9： 103-113.

[31] 高月波， 孫雅杰， 張強， 等. 東北粘蟲春季空中蟲群的遷飛行為[J]. 應用昆蟲學報， 2014， 51（4）： 906-913.

[32] REYNOLDS D R， SMITH A D， CHAPMAN J W. A radar study of emigratory flight and layer formation by insects at dawn over southern Britain [J]. Bulletin of Entomological Research， 2008， 98（1）： 35-52.

[33] HOBBS S E， WOLF W W. An airborne radar technique for studying insect migration[J]. Bulletin of Entomological Research， 1989， 79： 693-704.

[34] 王建國.塔城庫魯斯臺芨芨草場的特點及其利用改良建議[J].中國畜牧獸醫文摘，2013，29（12）：192，179.

[35] 趙琦.旋幽夜蛾寄主選擇、生殖及抗寒性的研究[D].重慶：西南大學，2011.

[36] 高婧，井立軍，井立紅.新疆塔城地區大風年際振蕩及環流背景[J].干旱區地理，2011，34（2）：284-291.

[37] 高月波.空中蟲群飛行行為機制研究[D].南京：南京農業大學，2011.

[38] 郭宏.新疆塔城地區天然草原退化原因及治理對策[J].草食家畜，2015（3）：55-57.

（責任編輯： 田 喆）