基于松材線蟲病的區(qū)域已發(fā)點與影響因素研究

楊葉盛，葉衛(wèi)軍，張偉龍

(1.浙江省松陽縣湖溪林場，浙江 松陽 323406;2.浙江省松陽縣自然資源和規(guī)劃局，浙江 松陽 323406)

1 引言

松材線蟲病源自北美洲，是由松材線蟲所引起的危害范圍較廣的森林病蟲害。松材線蟲病是以松墨天牛等昆蟲作為傳播媒介。胡華鋒在2022年發(fā)表的《廣東河源松材線蟲病防治現(xiàn)狀、存在問題及對策》論文中指出：被感染后的松樹，針葉通常呈黃褐色或紅褐色，樹脂停止分泌，且表現(xiàn)出萎蔫下垂的狀態(tài)，樹干中可以肉眼觀察到天牛侵入口或產(chǎn)卵的痕跡，如不加以防治，病樹會在40 d內(nèi)整株干枯死亡，最終腐爛，并在3～5年侵害整片松林[1]。因此，松線蟲病又稱為松枯萎病，是造成我國森林資源損失最為嚴重的外來病害。孫薇等于2022年發(fā)表《臨海市松材線蟲病松林不同除治方式的群落自然演替特征》論文中得出，最早在20世紀80年代，松材線蟲病就已侵襲我國香港[2]。松材線蟲憑借著擴散范圍廣、危害程度大的特性，幾乎毀滅了香港分布廣泛的馬尾松林。其在借助天牛媒介、線蟲本身移動的自然傳播途徑與人為傳播途徑下，1982年侵入我國內(nèi)陸，并以南京中山陵為起始點，相繼在安徽、山東、浙江等地形成的大規(guī)模的疾病中心，并快速向四周擴散，導(dǎo)致大批松樹枯萎死亡。經(jīng)2021年秋季普查結(jié)果顯示，現(xiàn)今我國共涉及19省742個縣區(qū)5530個鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)生松材線蟲病害，疫情發(fā)生總面積占我國松科植物面積的3%(2700萬畝)，每年經(jīng)濟損失高達574億元。因此，在松材線蟲病仍在危害林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和林業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的當下，為進一步降低松材線蟲病的發(fā)生概率，遏制其擴散范圍，本文以松陽縣湖溪林場為例，通過調(diào)研湖溪林場2021年7～9月份松材線蟲病情數(shù)據(jù)，結(jié)合核平滑密度、點過程模擬等空間格局分析法，判定松材線蟲病區(qū)域已發(fā)點與空間因素、氣候因素之間的關(guān)系，以期為后期松材線蟲病防治提供參考。

2 研究數(shù)據(jù)

2.1 研究區(qū)概況

本次研究區(qū)為松陽縣湖溪林場。其地處松陽縣西南角，與武義縣竹客鄉(xiāng)、遂昌縣濂竹鄉(xiāng)接壤，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，具有四季分明，雨量充沛，冬暖春早，無霜期長的特點，年平均氣溫14.2～17.7 ℃，1月份平均氣溫6.3 ℃，7月份平均氣溫23.1 ℃。地形以丘陵和平原為主，中部地區(qū)較為平坦，東、南、西部多為低矮丘陵，整體地勢較高。研究區(qū)域涉及該林場松材線蟲病蟲害的高發(fā)區(qū)，其采樣分布點如圖1所示[3]。

圖1 研究區(qū)野外采樣點空間分布

現(xiàn)今，湖溪林場全場林地面積15557畝，國有林地11046畝，占林地面積的71.00%。全場活立木總蓄積101333 m3，國有77028 m3，占活立木總蓄積76.01%，整體森林覆蓋率達到了為97.86%，林木綠化率為97.86%。且為進一步促進林場可持續(xù)發(fā)展，除現(xiàn)有的紅豆杉、馬尾松、松木等樹種外，林場陸續(xù)種植了香榧、薄殼山核桃等經(jīng)濟樹種，其中馬尾松的種植面積占比較大。同時，湖溪林場又作為松陽縣區(qū)域內(nèi)公益一類事業(yè)單位和森林公園，四周交通發(fā)達，人口密度也呈現(xiàn)逐年升高的趨勢[4]。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

松材線蟲病蟲害數(shù)據(jù)：通過結(jié)合湖溪林場的地形條件、林場互動與人口密度等多個因素，于2021年7～9月份在林場內(nèi)部共設(shè)置130個20 m×20 m的野外調(diào)查樣方(表1)，形成覆蓋全林場松材線蟲病蟲害發(fā)生樣點。

表1 不同因素數(shù)據(jù)樣點的分布統(tǒng)計

氣候數(shù)據(jù)：以松陽縣湖溪林場為中心，選取中國氣象局官網(wǎng)(CMA，http://www.cma.gov.cn/)所提供的0.5°×0.5°格點的氣象數(shù)據(jù)用于分析，氣候因素需包括2021年7～9月份的月平均溫度、平均最低溫度、平均最高溫度，以及該地區(qū)的年總降水量[5]。

地形因素數(shù)據(jù)：不同地形形成了不同的生存環(huán)境，而松材線蟲以及傳播媒介松木天牛對地形環(huán)境的選擇都會具有共同的指向性。本次研究選取海拔、坡度、坡向作為地形因素，從地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)中獲取40m分辨率的數(shù)字高程數(shù)據(jù)，并利用ArcGIS軟件的空間分析功能，構(gòu)建蟲害發(fā)生區(qū)域的海拔、坡度、坡向的空間分布圖。

人類活動因素數(shù)據(jù)：采用距離居民點與道路距離、道路密度來表征人類活動。從國家基礎(chǔ)地理信息中心網(wǎng)站(http：//www.ngcc.cn/ngcc/)獲取1∶25萬中國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，并從中提取研究區(qū)域的道路數(shù)據(jù)。再從中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http：//www.resde.cn/)獲取研究區(qū)域2021年7～9月份的土地遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，提取居民用地作為居民點數(shù)據(jù)[6]。

植物因素數(shù)據(jù)：植物因素數(shù)據(jù)的獲取主要采用實際勘察法，通過技術(shù)人員的實際調(diào)研與大數(shù)據(jù)篩選，獲取所研究區(qū)域松林與混交林的空間分布，以判定植被因素對松材線蟲病害發(fā)生與擴散的影響。

3 研究方法

3.1 點格局過程模擬法

點格局過程模擬法能夠明確劃分湖溪林場中松材線蟲病害已發(fā)點空間格局(用x表示)的函數(shù)關(guān)系，其空間條件強度函數(shù)λθ(u,x)可由式(1)表示：

λθ(u,x)=exp[θTB(u)+φTC(u,x)]

(1)

式(1)中，θ和φ表示要擬合的參數(shù)；B(u)只與蟲害發(fā)生的空間位置有關(guān)，表示空間趨勢部分；C(u,x)與蟲害發(fā)生的空間位置和空間點之間的相互作用有關(guān)，表示空間隨機作用部分[7]。

(2)

式(2)中，r為空間距離尺度；|W|為觀測窗口W的面積；y為點過程；I為指示函數(shù)；mij表示邊界小正因子；λ(yi)λ(yj)分別為yi和yj的估計強度，根據(jù)計算數(shù)值說明蟲害已發(fā)點之間是否存在相互影響的關(guān)系。

3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析法

利用數(shù)據(jù)分析法評估湖溪林場松材線蟲病的區(qū)域已發(fā)點與影響因素間的關(guān)系。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，選取2021年7～9月份作為數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的窗口，評估松材線蟲病蟲害暴發(fā)與氣候因素之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上，利用Excel2021等軟件進行圖表繪制[8]。

3.3 ArcGIS軟件的應(yīng)用

ArcGIS軟件的應(yīng)用可直觀看出湖溪林場松材線蟲病害區(qū)的邊界范圍以及質(zhì)心的移動。打開ArcGIS 10.2軟件，點擊“文件-添加數(shù)據(jù)”，添加松陽縣湖溪林場行政區(qū)劃圖(1∶400萬)為底圖。再點擊“文件-添加數(shù)據(jù)”，導(dǎo)入松陽縣湖溪林場2021年7～9月份松材線蟲病害的分布區(qū)域，選擇“顯示XY數(shù)據(jù)”，將XY字段分別與研究區(qū)域內(nèi)的經(jīng)緯度坐標對應(yīng)，點擊“確定”。并在ArcGIS軟件中點擊“ArcToolbox”，選擇“空間統(tǒng)計工具-度量地理分布”，解析3個月內(nèi)湖溪林場松材線蟲病害區(qū)的質(zhì)心(即所有病害發(fā)生區(qū)域面的中心)，做出松陽縣湖溪林場松材線蟲病害區(qū)域分布圖以及質(zhì)心移動圖，幫助分析松材線蟲病的區(qū)域已發(fā)點與影響因素之間的關(guān)系[9]。

4 結(jié)果分析

4.1 松陽縣湖溪林場松材線蟲病害的空間分布

松陽縣湖溪林場松材線蟲病區(qū)域已發(fā)點的空間分布圖如圖2、3所示。

圖2 松材線蟲并區(qū)域已發(fā)點空間分布次數(shù)

圖3 松材線蟲病區(qū)域已發(fā)點空間分布趨勢

4.2 松陽縣湖溪林場松材線蟲病害與地形因素、人類活動和植被因素的關(guān)系

考慮到在空間因素對松材線蟲病區(qū)域已發(fā)點的影響變量，逐步得出最佳擬合模型AIC值為4109.20，其AIC標準選擇的模型參數(shù)與其系數(shù)如表2所示。通過采用似然比檢驗法獲取被選入變量的P值。其中，海拔、坡度的平方、道路密度、道路密度的平方、距最近道路距離、距居民點距離、距居民點距離的平方、郁閉度的平方，以及植被類型均被選入到最佳擬合模型中(P<0.05)；海拔的平方、坡度、郁閉度雖被選入到最佳擬合模型中，但P值較大(P>0.05)；坡向、混交林未被選入最佳擬合模型中。根據(jù)表2中結(jié)果顯示，海拔、坡度、距道路距離、道路密度、距居民點距離、郁閉度，以及植被類型是影響松材線蟲病發(fā)生的顯著因素。

從中選取區(qū)域海拔、坡度、距最近居民點距離與距最近道路距離為空間因素變量，繪制環(huán)境因素與松材線蟲病害發(fā)生強度的影響關(guān)系，見圖4。

表2 AIC標準選擇的模型參數(shù)與其系數(shù)

圖4 環(huán)境因素與松材線蟲病害發(fā)生強度的關(guān)系

從圖4中可以看出，第一，海拔和坡度與松材線蟲病害的發(fā)生強度呈負相關(guān)，隨著海拔和坡度的增加，蟲害的發(fā)生強度呈逐漸下降趨勢。第二，距最近居民點距離相較于其他環(huán)境因素變量對蟲害發(fā)生強度的影響更為強烈，且隨著距離的增加，病蟲害的發(fā)生強度明顯增加，當增加至1800 m左右時，蟲害發(fā)生強度才逐漸遞減。第三，距最近道路距離對蟲害發(fā)生強度的影響并不遵循單一的變化趨勢，當距最近道路距離3000 m以內(nèi)時，病蟲害的發(fā)生強度隨著道路距離的增加而增加；當超過3000 m時，病蟲害的發(fā)生強度則隨著道路距離的增加而遞減。

4.3 松陽縣湖溪林場松材線蟲病害與氣候因素的關(guān)系

2021年7～9月份松陽縣湖溪林場月平均溫度與月降水量的變化趨勢如圖5所示。

圖5 2021年7～9月內(nèi)松陽縣湖溪林場月平均溫度與月降水量的變化趨勢

從圖5中可以看出，松陽縣湖溪林場在2021年7～9月份這一時間段內(nèi)，林場氣溫呈現(xiàn)階段性上升的趨勢，7～8月份氣溫逐漸上升，8～9月份氣溫則明顯下降。其中，8月份的月平均溫度最高，已達到了24.8 ℃，整體上升速率與下降速率較為顯著；月降水量呈逐月上升的趨勢；9月份達到了研究區(qū)間的最高值，月降水量為420 mm。并將2021年7～9月份內(nèi)湖溪林場松材線蟲病害發(fā)生面積與防治面積繪制了數(shù)據(jù)對比圖，如圖6所示。

從圖6中可以看出，湖溪林場在7、8月份時松材線蟲病的區(qū)域已發(fā)點較多，發(fā)生面積較大。通過匯總本研究中所涉及的調(diào)查數(shù)據(jù)可以得出，氣候因素對松材線蟲病的區(qū)域已發(fā)點影響可分為以下兩個方面。一方面，從溫度因素來看，該研究地區(qū)8月份的月平均溫度最高，并將圖3與圖4數(shù)據(jù)疊加對比后可以發(fā)現(xiàn)，該研究地區(qū)松材線蟲病害的發(fā)生面積與7、8月份的最高溫度呈顯著正相關(guān)。由此可見，隨著溫度的上升，松材線蟲病害具有較高的發(fā)生概率，直接影響了林場內(nèi)林業(yè)樹種的健康生長。另一方面，從濕度因素來看，通過對比湖溪林場7、8、9月份的降水量數(shù)據(jù)與松材線蟲病害發(fā)生面積的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，松材線蟲病的發(fā)生面積與降水量呈現(xiàn)負相關(guān)。由此可見，隨著降雨量的增多，松材線蟲病蟲害發(fā)生的概率也在逐漸降低，并且溫度因素對松材線蟲病的區(qū)域已發(fā)點影響程度要遠高于濕度因素對其影響程度。

圖6 2021年7～9月份內(nèi)湖溪林場松材線蟲病害 發(fā)生面積與防治面積

5 結(jié)論與討論

從研究結(jié)果可以看出，在松陽縣湖溪林場中，坡度較緩(10°～20°)、海拔較低(200～300 m)、人類活動密度較大，以及松林面積較大的區(qū)域是松材線蟲病蟲害的頻發(fā)區(qū)域，且隨著降水量和濕度的下降，平均氣溫與日照時長的升高，松材線蟲病的暴發(fā)率也有了明顯升高。針對本研究而言，以上地段應(yīng)是松材線蟲病害控制的重點與關(guān)鍵區(qū)域，且隨著時間的推移，松材線蟲病害極有可能伴隨著自然傳播和人為傳播的方式，從易感染地區(qū)向外擴散。因此，林場工作人員需進一步加強對病樹或感染苗木的處置工作，及時切斷病害傳播鏈，阻止松材線蟲病害蔓延至林場的其他區(qū)域中。

(1)從環(huán)境因素的角度分析來看，第一，地形因素對松材線蟲病的發(fā)生和蔓延有著顯著影響，特別是坡度較緩和海拔較低的區(qū)域都為病蟲害的高發(fā)區(qū)域。主要因為地勢平緩與海拔較低的地區(qū)植被資源較為豐富，且隨著坡率放緩，坡面暴露于大氣中的面積不斷增加，為松材線蟲的傳播媒介松墨天牛等昆蟲提供了適宜的生長環(huán)境，從而增加了松材線蟲病害的發(fā)生概率。第二，根據(jù)本研究可以發(fā)現(xiàn)，距離道路和居民點距離、道路密度等人類活動因素也對松材線蟲病害的發(fā)生和蔓延有著顯著影響。通常來說，松材線蟲病害的人為傳播途徑主要依靠受感染木材與木制包裝材料的運輸，從而導(dǎo)致運輸?shù)缆穬膳缘乃蓸渥钜赘腥舅刹木€蟲病害。并且隨著道路密度的增加，運輸強度不斷加大，蟲害的發(fā)生危險、蔓延危險也在不斷上升。同理，距離居民點越近，人類活動行為也就更為頻繁，從而增大了松材線蟲病害的發(fā)生風(fēng)險。第三，松林面積的大小也直接影響著松材線蟲病害的危害范圍。林場內(nèi)大范圍的松樹種植雖增強了景觀的連接性，但卻為病蟲害的傳播提供了有力的植被廊道，通過病樹間的不斷感染，嚴重破壞了林場的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟效益。

(2)從氣候因素的角度分析來看，第一，溫度的高低直接影響著松材線蟲成長的快慢、遷入遷出時期的早晚以及種群數(shù)量的消長。本研究表明，當環(huán)境溫度升高時，不但提前了松材線蟲的發(fā)生期，還增加了其相應(yīng)的種群代數(shù)，造成松材線蟲病害的發(fā)生面積不斷擴大。首先，溫度通過影響松材線蟲身體內(nèi)酶的活性和內(nèi)分泌激素的代謝，促進其生長發(fā)育速度。其次，溫度也全面影響著松材線蟲蟲卵的發(fā)育質(zhì)量，適宜的溫度也可加快松材線蟲雌雄蟲的繁殖頻率。由此可見，當氣候溫度越高時，松材線蟲體內(nèi)的代謝活動也隨之增快，其所消耗的氧氣也會逐漸增多。經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)查驗證發(fā)現(xiàn)，最適宜松材線蟲生長發(fā)育的環(huán)境溫度在20～40 ℃之間。第二，林場環(huán)境的濕度的大小與月降水量息息相關(guān)，而降水量可直接影響松材線蟲傳播媒介的遷徙能力，以及松材線蟲幼蟲的成活率和種群數(shù)量。經(jīng)研究表明，在不同的生存環(huán)境下，松材線蟲對濕度的需求均不相同，例如在干燥環(huán)境中，害蟲的生長發(fā)育較為緩慢，甚至無法生存；而在水分過多的環(huán)境中，也使得一些害蟲受到雨水的傷害，從而造成幼蟲和成蟲的死亡，導(dǎo)致害蟲種群數(shù)量的全面下降。通過對湖溪林場松材線蟲病害的實際調(diào)研可以發(fā)展，該研究區(qū)8月份的降水量與當年8月份的松材線蟲病蟲害發(fā)生面積呈現(xiàn)顯著負相關(guān)。由此可知，當降水量越多時，森林環(huán)境的濕度因子越大，蟲害的發(fā)生面積也就越小，當林地處于降雨量最多的9月份時，長時間的高強度降雨會直接降低松墨天牛等傳播媒介的活動速率，從而縮減松材線蟲病害的發(fā)生面積。

因此，為進一步降低松材線蟲病害對林場生態(tài)平衡與經(jīng)濟的破壞。林場工作人員在防治松材線蟲病害時：首先，可采用農(nóng)業(yè)防治技術(shù)手段，如嚴格落實松樹日常肥水、剪枝養(yǎng)護等管理措施。進一步加強對抗病害品種的培育力度，增強苗木的抗病性，實現(xiàn)松材線蟲病的有效防治。其次，松材線蟲病的防治也可從媒介昆蟲松墨天牛的防控入手，通過利用生物防治技術(shù)，引入管氏腫腿蜂、日本腫腿蜂等松墨天牛的寄生天敵，有效減少松材線蟲在幼蟲期的數(shù)量，達到降低松材線蟲病害發(fā)生概率的最終目的。并且，林場工作人員可以通過釋放捕食性線蟲真菌，利用其孢子萌發(fā)后侵入線蟲體內(nèi)的特性，達到以菌治蟲的防治效果。最后，林場工作人員應(yīng)從林場實際的生態(tài)情況出發(fā)，利用物理防治技術(shù)，在林間掛設(shè)專門的誘捕器，對松材線蟲的傳播媒介——松墨天牛進行誘捕；或在松材線蟲進入羽化初期后，在林間設(shè)立活立木，達到誘導(dǎo)松墨天牛的防治目的。另外，在實際防控過程中，林場人員也需進一步提高對松材線蟲病的理念認知，加強對人類活動密度的管控，充分考量地形、植被類型等因素，通過提高自身防控意識，增設(shè)防控手段，降低松材線蟲病的發(fā)生概率，促進林場經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。