中欧山松大小蠹在中国的适生性分析

杜 宇, 姚 剑, 李生贵, 马 平, 蒋小龙

(1.云南出入境检验检疫局,昆明 650228; 2.安徽出入境检验检疫局,合肥 230022;3.云南省农业科学院,昆明 650223)

中欧山松大小蠹(Dendroctonus ponderosae Hopkins)属鞘翅目小蠹科(Coleoptera：Scolytidae),是松类的蛀干害虫,原产地为美国和加拿大等北美地区[1]。中欧山松大小蠹至少可为害松属的12种树木,成虫可短距离飞行,主要随针叶树原木、锯材和木质包装材料传播扩散[2]。2003年加拿大英属哥伦比亚省的中欧山松大小蠹发生面积近410万hm2,到2004年该省中欧山松大小蠹的总发生面积已达900万hm2,尤以中部内陆地区较为严重,给当地林业生产及发展造成了巨大损失[3]。随着我国木材进口量逐步增加,大小蠹随之传入我国的几率大大增加[4]。一旦传入我国,该害虫将对林业生态安全构成直接危害和严重威胁。因此,很有必要开展对中欧山松大小蠹在中国的潜在适生区研究。

1 材料与方法

1.1 数据及来源

1.1.1 物种分布信息

中欧山松大小蠹分布地点信息主要来自于国内外已经发表的相关论文和物种数据库。数据库主要是CABI-Crop Protection Compendium 2006。根据DIVA-GIS软件要求,将中欧山松大小蠹实际分布点按物种名、分布点经度和分布点纬度顺序储存转化为shp格式的文件。

1.1.2 环境数据

本文使用的环境数据是广泛应用于生态位模型预测的全球气候数据集(WORLDCLIM)中的19个生物气候数据。使用环境数据集的空间分辨率为2～5 arc-second(http：∥www.worldclim.org/)。

1.2 适生性分析

使用BIOCLIM生态位模型作为分析模型。适生区分析和ROC曲线分析使用DIVA-GIS软件(http：∥www.Diva-gis.org,版本5.4)。

1.2.1 分布数据选择

从中欧山松大小蠹分布点中选择75%的点作为训练点,剩下25%的物种分布点和随机选取10倍于物种分布点的背景点作为测试点集。利用DIVA-GIS得到两个shape图层,一个是训练集图层,一个是验证集图层。

1.2.2 模型分析

将分布数据图层和环境数据导入DIVA-GIS,用BIOCLIM模型对训练数据进行参数训练、预测,运行得出全球气候条件下中欧山松大小蠹的适生区数据,以1∶400万的中国地图作为底图,对预测结果利用ArcGIS进行处理,最终得到中欧山松大小蠹在中国的潜在适生区图。ArcGIS9.2使用的分析底图,来源于国家基础地理信息中心(http：∥nfgis.nsdi.gov.cn/)。

1.2.3 适生结果数据验证

利用ROC曲线分析法抽取中欧山松大小蠹测试点集的预测值计算AUC(area under curve)值,来判断BIOCLIM模型对中欧山松大小蠹适生区预测的效果。AUC值是 ROC曲线与 x轴所围成的面积值,ROC曲线是以假阳性率为横坐标,真阳性率为纵坐标形成的曲线。近年来,ROC曲线分析法在物种潜在分布预测模型评价中应用越来越广泛[9]。ROC曲线是以预测结果的每一个值作为可能的判断界值,由此计算得到相应的灵敏度和特异度。

2 结果与分析

2.1 中欧山松大小蠹的分布现状

中欧山松大小蠹目前分布在太平洋西岸到美国南达科他州布莱克山脉和英属哥伦比亚的北部地区以及从南阿尔伯特省的西部到墨西哥的北部地区[7]。主要分布在：加拿大的英属哥伦比亚省、阿尔伯特省、萨斯喀彻温省,美国的亚利桑那州、加利福尼亚州、科罗拉多州、爱达荷州,蒙大拿州、内华达州、新墨西哥州、北达科他州、俄勒冈州、南达科他州、犹他州、华盛顿州和怀俄明州以及墨西哥的北部地区等17个地区[8]。

通过资料收集和整理,将已知有中欧山松大小蠹的分布区形成分布表,具体分布点如图1所示,并将其转化为DIVA-GIS识别的格式进行分析。

图1 全球范围内中欧山松大小蠹的主要分布点

2.2 中欧山松大小蠹的适生区

利用BIOCLIM生态位模型并经ArcGIS进行处理后的分析结果见图2。根据中欧山松大小蠹在北美洲的为害程度,将中欧山松大小蠹在我国潜在分布区划分为4个风险等级,即无风险区、低风险区、中风险区、高风险区。

如图2所示,中欧山松大小蠹在我国的适生区主要集中在华中、华北、东北和西南地区,具体分布区如下。

图2 BIOCLIM预测的中欧山松大小蠹在中国的适生区分布图

高度风险区：云南中部和北部、贵州中北部、四川东部、重庆西部、湖北北部、陕西、山西、甘肃南部、内蒙古南部、北京、天津、河北北部、山东东部、辽宁、吉林。

中风险区：云南少数地区、四川少数地区、新疆少数地区、贵州南部、重庆东部、湖南西北部、湖北南部、安徽南部部分地区、江苏东部、山东西部地区、黑龙江南部、内蒙古北部、吉林中部少数地区。

低风险区：新疆北部、云南南部、广西北部、广东北部、福建大部、浙江大部、湖南大部、江西大部、安徽部分地区、内蒙古西部、黑龙江北部部分地区。

无风险区：新疆大部、西藏大部、云南南部、青海、甘肃北部、广西南部、广东南部、海南、台湾。

2.3 中欧山松大小蠹的适生区结果验证

基于全球气候数据集通过对中欧山松大小蠹的适生区数值进行计算,得到AUC值为0.951,ROC曲线见图3。一般认为AUC值为0.5～0.7时诊断价值较低,为0.7～0.9时诊断价值中等,大于0.9时诊断价值较高[10]。由此可见利用BIOCLIM生态位模型对中欧山松大小蠹预测的效果较好,能够正确反映中欧山松大小蠹的适生区分布。

图3 BIOCLIM的ROC曲线

3 讨论

本研究利用BIOCLIM模型对中欧山松大小蠹在我国的适生区进行了研究,通过预测模型对实际分布点数据验证和ROC曲线检验,结果显示中欧山松大小蠹实际分布地区的预测结果与实际分布基本吻合,ROC曲线检验值也较高,表明BIOCLIM预测结果能够反映中欧山松大小蠹在我的潜在适生区,可以为我国降低或控制中欧山松大小蠹的入侵风险和在潜在风险地区对其采取相应的监测和防治措施提供科学依据。

DIVA-GIS软件中自带BIOCLIM分析模型,是适生分析与地理信息有效的结合,极大地方便了各类有害生物适生性的研究。利用地理信息系统软件ArcGIS对分析值进行了处理,使预测结果更能直观地呈现出中欧山松大小蠹在我国的潜在适生范围。

外来物种在一个新的生境中能否定殖,不仅取决于对当地气候因子和寄主的耐受能力,也取决于它与其他生物的竞争、捕食等关系。环境因子和生物因子的共同作用往往使外来物种的入侵具有不确定性[11]。本研究所用的环境数据集只包含气温、湿度、降水等常见环境变量,未将海拔、地形等非生物因素纳入考虑,影响预测结果的精确性。因此,在下一步试验中,应综合考虑其他影响中欧山松大小蠹适生的因素,并通过不同的预测模型对其可能的适生区进行深度分析,使预测结果更加准确。

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[2]Bentz B J,Logan J A,Vandygriff J C.Latitudinal variation in Dendroctonusponderosae(Coleoptera：Scoly tidae)development time and adult size[J].T he Canadian Entomologist,2001,133(3)：375-387.

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[8]CABI/EPPO.Dendroctonus ponderosae[DB].Data Sheets on Quarantine Pests.2002.No.265.

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[11]鞠瑞亭,李跃忠,王凤,等.基于生物气候相似性的锈色棕榈象在中国的适生区预测[J].中国农业科学,2008,41(8)：2318-2324.