衡水湖防護林食葉害蟲發生豐度與氣象因子相關性研究

劉海鵬李子鈺梁魁景裴素儉龔俊良

(1.河北省濕地保護與綠色發展協同創新中心，河北 衡水 053000；2.衡水學院生命科學學院，河北 衡水 053000；3.衡水市桃城區蔬菜技術推廣站，河北 衡水 053000)

衡水湖濕地是華北地區非常典型和重要的湖泊濕地，在調節氣候、涵養水源、保護生物多樣性等方面發揮著極其重要的作用[1]。衡水湖防護林為衡水湖湖北濱湖帶，植物資源十分豐富，其中種子植物53科176屬293種[2]。衡水湖防護林生態建設對衡水市創建國家森林城市，推進水岸生態廊道建設，打造“一湖一帶”生態景觀，構建中心城區綠色生態屏障，推動環衡水湖生態涵養發展具備重要意義。

防護林作為社會可持續發展的重要生態屏障，近些年國內在防護林的大氣凈化、土壤修復和綜合治理方面開展了多學科和多層次的深入研究。王小玲等研究表明，上海環城林帶對近地面主要大氣污染物(PM2.5、PM10、NO2)有明顯的凈化作用，在林帶寬度為300m時，凈化效果最好[3]。防護林除了凈化空氣污染外，在降低土壤重金屬污染方面也有積極作用。岳軍妹等[4]調查了上海市外環林帶的土壤中的重金屬污染情況，發現綠色植物中的部分樹種具備較強的重金屬富集和轉移能力，對治理城市土壤重金屬污染有較好的作用。李吉玫等研究表明，烏魯木齊市不同功能區林帶的綠化樹種越豐富，植物覆蓋度越高，其林帶中的土壤重金屬污染越低[5]。

而防護林樹木在生長發育過程中，容易被各類害蟲危害，其中食葉害蟲具備爆發性強、危害面積大的特點[6]。相關研究表明，氣候條件與昆蟲的繁育、繁殖等生命活動具有緊密的聯系，如適宜的溫度和濕度有利于昆蟲種群的發展，從而加劇食葉害蟲對樹木的危害[7]。

食葉類害蟲最常見的是鱗翅目的類群，如夜蛾、尺蛾、刺蛾等，其發生具有較強的周期性[8]，如1—4月是食葉類害蟲產卵、孵化的時期，5—8月是該類害蟲取食、發育和繁殖時期，也是造成危害最嚴重的時期[9]，以上階段受溫度、濕度等氣象條件直接影響。因此，研究衡水防護林食葉害蟲發生豐度與氣象條件的相關性，揭示氣象因子與蟲害之間的耦合機制，對環衡水湖防護林建設具有重要的生態意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

試驗地為衡水湖湖北濱湖防護林帶，該區域占地面積約214hm2，該人工栽培林均為溫帶落葉闊葉林，包括喬木林、灌木區和草本區等不同類型[10]。主要喬木物種優勢物種為旱柳(Salix matsudana)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、火炬樹(Rhus Typhina)、白蠟樹(Fraxinus chinensis)、榆樹(Ulmus pumila)，灌木區個體數量較少，主要是火炬樹幼苗、檉柳(Tamarix chinensis)以及刺槐、白蠟樹幼苗組成，草本主要以茜草(Rubia cordifolia)為優勢種，還有大量小藜(Chenopodium serotinum)、狗尾草(Setaria viridis)、狗牙根(Cynodon dactylon)等固堤保土的草本植物。

1.2 調查方法

以濱湖防護林為采樣中心，選擇合適的樣點環境。調查方法主要以燈光誘捕法為主，調查時間為2020年1—9月，在衡水湖濱湖防護林帶設置5個監測位點，各位點均包括喬木、灌木和草本3個類型。每周調查2次，燈誘采集時間為19：00—24：00。詳細調查和記錄取樣范圍內地面和植株上食葉害蟲的種類和數量，食葉害蟲種類的鑒定參考相關專著[11]。

1.3 氣象數據

試驗期間氣象數據由衡水市氣象局提供，包括月均溫度、月均相對濕度和月均降雨量。

1.4 數據分析方法

將采集到的害蟲數據用Excel進行數據的初步統計和計算，然后用SPSS 25.0軟件進行相關性分析，分析2020年各月的夜蛾科害蟲月誘捕數量(Y1)、尺蛾科害蟲月誘捕數量(Y2)、刺蛾科害蟲月誘捕數量(Y3)與該月的月均溫度(X1)、月均相對濕度(X2)、月均降雨量(X3)的相關性。

2 結果與分析

2.1 相關氣象資料

2020年1—9月氣象資料表明，見表1，2020年1—9月月均氣溫呈整體上升的趨勢，其中1月月均氣溫最低，6—8月月均氣溫相當，其中8月月均溫度最高；2020年1—9月期間，月均相對濕度1—4月呈下降趨勢，6—8月呈上升趨勢，8月月均相對濕度最高，4月月均相對濕度最低；2020年1—9月月均降雨量整體呈上升趨勢，其中8月月均降雨量最高，1—3月月均降水量最低。

表1 2020年1—9月河北省衡水市相關氣象資料

2.2 防護林主要食葉類害蟲種群豐度

2.2.1 夜蛾科害蟲種群豐度

由圖1可知，2020年1—9月衡水湖防護林夜蛾科害蟲總量整體呈上升趨勢，始見于4月，但4月夜蛾科害蟲成蟲數量很少，5月開始，誘捕到的害蟲總量有所增加，于6月達到第1個發生高峰期，6月誘捕夜蛾科害蟲總量為495頭，隨后誘捕到的害蟲總量量呈減少趨勢，7月誘捕到的夜蛾科害蟲總量為294頭。于8月達到第2個發生高峰期，8月誘捕到的夜蛾科害蟲總量量為1129頭，從9月開始誘捕到的夜蛾科害蟲總量減少至15頭；總體來看，夜蛾科害蟲發生于4月，結束于9月。

圖1 防護林夜蛾科害蟲種群豐度

2.2.2 尺蛾科害蟲種群豐度

由圖2可知，2020年1—9月衡水湖防護林尺蛾科害蟲總量整體呈上升趨勢，始見于3月，從3月開始誘捕到尺蛾科害蟲成蟲，3—4月，尺蛾科害蟲總量極少，均少于5頭；自5月開始，誘捕到的尺蛾科害蟲總量緩慢上升，5—6月誘捕到的尺蛾科害蟲總量分別為15頭、26頭。從7月開始，誘捕到的尺蛾科害蟲總量急劇增加，達到發生高峰期，為151頭，從8月誘捕的尺蛾科害蟲總量逐步下降，8—9月誘捕到的尺蛾科害蟲總量分別為110頭、6頭；總體來看，尺蛾科害蟲發生于3月，結束于9月。

圖2 防護林尺蛾科害蟲種群豐度

2.3 刺蛾科害蟲

由圖3可知，2020年1—9月衡水湖防護林刺蛾科害蟲總量整體呈上升趨勢，始見于3月，隨后害蟲數量平穩上升，3—5月誘捕到的刺蛾科害蟲總量分別為2頭、8頭、16頭；6—8月刺蛾科害蟲總量迅速增加，6月誘捕到的刺蛾科害蟲總量為23頭，7月誘捕到的刺蛾科害蟲總量為109頭，8月誘捕到的刺蛾科害蟲總量為418頭，達到發生高峰期，9月誘捕到的害蟲總量下降，為20頭?？傮w來看，刺蛾科害蟲發生于3月，結束于9月。

圖3 防護林刺蛾科害蟲種群豐度

2.4 氣象因子與食葉害蟲種群豐度的相關性分析

表2 衡水湖防護林食葉害蟲種群動態規律與氣象因子的相關性

結果表明，夜蛾科害蟲種群動態規律與月均降雨量(X3)呈顯著正相關，與月均溫度(X1)、月均相對濕度(X2)無顯著相關性；尺蛾科害蟲種群動態規律與月均溫度(X1)、月均相對濕度(X2)、月均降雨量(X3)無顯著相關性；刺蛾科害蟲種群動態規律與月均相對濕度(X2)、月均降雨量(X3)呈顯著正相關，與月均溫度(X1)無顯著相關性。

3 結論和討論

衡水湖防護林食葉害蟲發生豐度與全年的氣象條件有較密切關系。通過相關性分析揭示，防護林食葉害蟲種群數量變動主要是月均降雨量和月均相對濕度等氣象因子綜合影響的結果，其他氣象因子間接對食葉害蟲種群數量起推動作用。2020年8月月均降雨量和月均相對濕度達到全年最大，夜蛾科和刺蛾科害蟲種群數量也達到全年最高峰，說明月均降雨量和月均相對濕度的上升有利于食葉害蟲的生長發育。另外，本研究發現月均溫度與食葉害蟲種群數量無顯著相關性。

氣候變化引起一系列環境生態問題的同時，對農業害蟲的發生產生了顯著的推動作用。研究表明，蘋果蠹蛾的發生動態與全年的氣象條件(溫濕度、降雨量)密切相關[12]，溫度和性別比例對草地螟生長發育有顯著影響，其幼蟲發育期隨溫度的升高而縮短[13]，梨小食心蟲種群數量隨著降水量等氣候因素的變化而變化[14]。

此外，相關研究表明，林業害蟲發生程度受氣候變化影響也較顯著。如，2008—2018年，北京市林業害蟲發生總面積與該市年平均相對濕度呈顯著性正相關[15]，其中國槐尺蠖發生面積與平均相對濕度有關，美國白蛾發生面積則主要受平均氣溫和降水量影響，且各類害蟲溫度每升高1℃，其始見期都會提前1～6d不等，即溫度升高會促進食葉類害蟲發生期提前。何麗娟等[16]結合2004—2020年甘肅省森林災害和氣象數據，得出甘肅省森林災害(蟲害和鼠害)的發生與冬季降水量呈極顯著正相關，森林蟲害和鼠害的發生面積隨冬季降水量的增大而增大。鄒全程等研究結果顯示，近幾十年，影響塞罕壩地區森林蟲害爆發的主要氣候因子是月最高溫度，其次是月降水量，每年的7—8月溫度達到最高時，森林蟲害的爆發也最為嚴重，月降水量的減少加劇了蟲害爆發的次數[17]。此外，戴長春通過研究1971—2009年黑龍江省23個林業害蟲國家級中心測報點的氣象數據與蟲情數據，發現在選定的7個氣象指標中，年均溫度與黑龍江省林業害蟲發生程度的面積呈顯著正相關水平，年降水量與林業害蟲發生呈顯著負相關水平，即林業害蟲發生面積隨著溫度的增加而增大，隨著降水量的增加而下降，但不同種類的林業害蟲的發生與溫度、降水量的相關性不盡相同，存在一定的差異性。

根據本試驗中的相關性分析可知，溫度與3類食葉害蟲發生量影響不大，降雨量對夜蛾科害蟲有一定影響，這與高佳惠、戴長春等的研究有一致的地方，即氣象因子中的溫度和降雨量對蟲害發生有顯著影響。但在不同空間和時間尺度下，以哪種氣象因子為主，則受地域影響較大。且本研究存在時間尺度較小，僅為1年，衡水湖防護林也主要以濱湖防護林為主，與山地防護林相比，其受溫差變化也不是非常顯著，且研究地域也較小，故與國內其他防護林害蟲研究結果具有一定的差異。此外，在實際研究中，若僅僅考慮溫度、降雨量和相對濕度還不能完全解釋3類食葉害蟲發生趨勢，還應考慮防護林的樹木種類、數量、分布、管理水平和其他氣象因子等因素。

本研究通過對2020年衡水湖防護林食葉害蟲發生豐度與同期的氣象因子進行大量采集分析，篩選影響的主要氣象因子，得出衡水湖防護林食葉害蟲發生豐度與月降雨量有正比例關系。然而本文僅考慮一定地面氣象條件對衡水湖防護林發生發展的影響，但實際其發生發展除受地面氣象條件的重要影響外，還受蟲源基數、自身生物學特性、天敵情況及人為防治等綜合因素的影響，今后的研究中可結合衡水湖水溫、取食量試驗及風向等監測數據，綜合各項指標構建食葉害蟲等級監測預報模型，為衡水湖防護林帶的綠色生態防控提供主要害蟲的預測預報，為政府管理部門及時采取防范措施和有效防控提供科技支撐和決策依據。