我国2008年草地螟大发生种群空间分布特征

黄绍哲, 罗礼智*, 姜玉英, 唐继洪, 张 蕾

(1.中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京 100193;2.全国农业技术推广中心,100125)

我国2008年草地螟大发生种群空间分布特征

黄绍哲1, 罗礼智1*, 姜玉英2, 唐继洪1, 张 蕾1

(1.中国农业科学院植物保护研究所,植物病虫害生物学国家重点实验室,北京 100193;2.全国农业技术推广中心,100125)

[目的]为进一步认识草地螟大发生规律,更好地开展大尺度草地螟发生预测预报,本文对2008年草地螟大发生种群空间分布特征进行分析。[方法]对2008年我国草地螟1代成虫和2代幼虫发生数量与当地温湿度条件进行回归分析,找出影响草地螟种群空间分布特征的主要因素。[结果]草地螟成虫发生期的环境温湿度对随后幼虫发生的空间分布具有显著的影响。草地螟成虫集中分布在湿度60%～80%的区域内,而在相对湿度为60%～80%的区域内,温度是草地螟成虫和幼虫空间分布的主导因素。成虫主要分布在温度高于21℃的区域内,而温度高于27℃的区域内草地螟成虫量较少。在成虫盛期温度为19～27℃的区域内易形成草地螟幼虫大发生,特别是在温度为21～25℃区域内发生程度更重,该温度范围与草地螟成虫产卵适温范围相符。[结论]成虫发生期的环境温湿度指标应是开展大尺度空间草地螟大发生分布预测预报的重要依据。

草地螟; 大发生; 预测预报; 空间分布

草地螟(Loxostege sticticalisL.)(鳞翅目:螟蛾科)是一种世界性分布的迁飞害虫,广泛分布于欧亚大陆的前苏联加盟共和国、中国、蒙古以及美国和加拿大等,集中在北纬36°～53°之间的狭长地带[1-4]。新中国成立以来,草地螟已经在我国有3个大发生周期共28年暴发成灾,给三北地区的农牧业生产造成了巨大的经济损失[5-6]。由于其重要的经济意义,中外学者均对草地螟基本生物学特性,越冬和迁飞规律[7-11],世代区划[1]以及发生为害规律[12-13]进行了长期的研究,并成功地应用于草地螟大发生的预测预报[12,14]。

在迁飞害虫大发生的预测预报实践中,由于其具有远距离扩散迁飞能力,对其在大尺度空间分布的预测会对预测预报的准确性和有效性产生极大的影响[15]。已有的关于草地螟空间分布的研究中,主要包括越冬种群分布[7,16-17],成虫迁飞[8,11,18-22],以及幼虫大发生分布的年度间变化特征[12,17],但是对于大尺度的草地螟幼虫大发生空间分布特征及其影响因素的研究则鲜见报道。而且环境条件的不断变化,例如“退耕还林还草”对传统发生区内植被条件的改善,全球气候变暖等,草地螟的大发生亦表现出了新的特点[6]。因此,要求从事草地螟研究的科研工作者和相关的植保工作者对草地螟的基本生活史对策,预测预报技术和综合防治技术进行持续的研究,否则将无法应对未来的草地螟大发生挑战。本文即对2008年我国草地螟大发生空间分布特征及其影响因子进行分析,以期进一步认识草地螟发生规律,并为开展大尺度草地螟大发生空间分布的预测预报提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 虫情资料

本文所引2008年1代草地螟成虫,2008年2代草地螟幼虫大发生分布数据,由各省植保站调查获得,并由全国农业技术推广服务中心测报处汇总提供。草地螟成虫数量采用灯诱监测,草地螟幼虫发生数据则来自大田调查,调查方法参考《农区草地螟预测预报技术规范》[23]。数据统计范围包括内蒙古 、宁夏 、山西 、陕西 、河北 、北京 、天津 、辽宁 、吉林 、黑龙江省(市)、自治区。其中将内蒙古的乌兰察布盟、呼和浩特市、包头市、鄂尔多斯市、巴彦淖尔市、乌海市、阿拉善盟,以及宁夏、山西、陕西、河北、北京、天津的发生区定义为华北发生区。将内蒙古的锡林郭勒盟、赤峰市、通辽市、兴安盟、呼伦贝尔盟,以及辽宁、吉林、黑龙江的发生区定义为东北发生区。本文中采用了研究区域内的11省区的76个监测站的数据,站点的地理位置,部分系作者调查过程中用GPS测得,部分为地方提供,还有小部分站点系由地方提供详细地址,再经《全中国电子地图》系统中测得。本文分析中所用2008年1代草地螟成虫数量,为1代成虫盛发期的7月下旬至8月上旬的灯下诱蛾总量。

1.2 气象资料

本文所引气象资料均从中国气象科学数据共享服务网下载获得(http:∥cdc.cma.gov.cn),文中所用温湿度旬均值数据均由平均气温和平均相对湿度日值数据计算而来。

1.3 气象数据空间估计

本文中对所获得的气象数据,经地质统计学软件GS+分析后,选择最佳拟合模型,再用地理信息系统软件SuperMap2008(北京超图软件公司)进行克里格插值(Kriging),并进行空间分析,最后生成布局图。

1.4 其他统计方法

为确定成虫盛发期环境温湿度对草地螟成虫空间分布的影响,以及成虫数量,成虫盛发期环境温湿度对随后的幼虫种群空间分布的影响,分别将草地螟成虫数量和幼虫数量进行对数(lg)转换,再运用SAS8.02进行逐步回归分析,以确定各因子对草地螟成虫和幼虫种群空间分布的影响。回归分析中所用的监测点环境温湿度数据,系从环境温湿度插值结果中提取得到。

2 结果与分析

2.1 2008年草地螟1代成虫种群空间分布特征

2008年,我国草地螟1代幼虫轻发生,全国仅发生70万hm2左右,主要分布在内蒙古东部,且密度较低。然而由于7月底至8月初大量草地螟1代成虫从俄罗斯东部地区和蒙古国东部地区大量迁入我国[6],并向华北和东北地区扩散,导致包括内蒙古 、陕西 、山西 、宁夏 、河北 、北京 、天津 、辽宁 、吉林 、黑龙江省(市)自治区出现大面积高密度1代成虫,发生面积达2 000万hm2。除天津和河北中南部地区外,华北和东北各地灯下诱蛾量大,多数站点在7月底至8月初出现单灯单日诱蛾量过万的情况,内蒙古商都县更是在7月29日至8月6日之间连续多天诱蛾量过10万,最高的单日单灯诱蛾量达53万头,黑龙江桦南县在8月6日的单灯诱蛾量达到85万头。

通过对成虫盛发期的环境温湿度对成虫总量的回归分析表明,环境湿度对草地螟成虫的空间数量没有明显的影响。另外,通过对草地螟成虫盛发期的8月上旬环境平均相对湿度的插值分析(R2=0.949)可以看出(图1),草地螟成虫广泛分布在平均相对湿度高于50%的区域内,雌虫的卵巢发育级别以3～4级为主,大多数成虫分布在平均相对湿度在60%～80%的区域内,在这一区域内成虫分布并不均匀,表明在适宜的湿度范围内,湿度不再是影响成虫空间分布的主要因素。

图1 2008年草地螟1代成虫分布与8月上旬平均相对湿度的关系

通过对成虫盛发期的环境温湿度对成虫总量的回归分析表明,环境温度对草地螟成虫的空间数量有极显著的影响(F=17.41,p＜0.01)。而通过对草地螟成虫盛发期的8月上旬环境平均温度的分析(R2=0.992)可以看出(图2),除内蒙古额尔古纳右旗外,草地螟成虫分布区的平均温度均高于21℃。但在平均温度高于27℃的天津,以及河北中南部地区成虫数量明显较少,多数站点在7月底至8月上旬的累计诱蛾量不超过1 000头。这表明,在湿度条件适宜的情况下,温度对草地螟成虫的空间分布具有明显的影响。

2.2 2008年草地螟2代幼虫空间分布特征

2008年草地螟2代幼虫特大发生,为历史上发生最重的年份和代次,幼虫的主要发生期为8月中下旬。通过对成虫盛发期种群数量和环境温湿度对随后幼虫种群密度的回归分析发现,成虫盛发期的环境湿度对随后幼虫发生没有显著的影响。另外,通过对幼虫发生的空间分布与成虫盛发期8月上旬的环境平均相对湿度分布的关系分析可以看出(图3),在成虫盛期内湿度大于50%的区域内,随后草地螟幼虫普遍发生,特别是在湿度为60%～80%的区域内形成重发生,黑龙江省的幼虫密度高达300～500头/m2。同样在相对湿度为70%～80%的河北北部和河北中南部及北京、天津、幼虫发生格局不同,河北北部地区的康保县和丰宁县的幼虫密度分别达到了700头/m2和300头/m2。但是在北京、天津和河北中南部地区,虽然之前有成虫分布,却很少有幼虫发生,仅在天津和河北沧县发现低密度幼虫。这表明,适宜的湿度范围内,湿度对幼虫发生的空间分布亦无明显的影响。

通过对成虫盛发期种群数量和环境温湿度对随后幼虫种群密度的回归分析发现,成虫盛发期的环境温度对随后的草地螟幼虫发生有极显著的影响(F=24.34,p＜0.01)。另外,通过对成虫盛发期的8月上旬的环境平均温度分布的分析可以看出(图4),在成虫盛期平均温度在21～25℃的区域内,随后的幼虫大发生,特别是在黑龙江、内蒙古中部、河北北部的许多地方,草地螟幼虫的平均密度高达300头/m2以上。而在成虫盛发期平均温度在25～27℃之间的区域,草地螟幼虫发生密度相对较低,例如内蒙古的赤峰、通辽和兴安盟地区,密度多为10～50头/m2,在河北承德更是低至3头/m2。在成虫盛发期平均温度大于27℃的天津,河北中南部地区,草地螟幼虫只有零星的发生,例如天津幼虫密度仅为1头/m2,而河北沧县则仅有0.1头/m2。这表明,在湿度条件适宜的情况下,温度对幼虫发生的空间分布具有明显的影响。

对成虫盛发期种群数量和环境温湿度对随后幼虫种群密度的回归分析还发现,除成虫盛发期环境温度对随后幼虫的空间分布有影响外,成虫数量亦对幼虫发生有显著的影响(F=4.36,p＜0.05)。

图4 2008年草地螟2代幼虫发生与1代成虫盛发期平均温度的关系

3 讨论

关于环境温湿度条件对草地螟大发生的影响,有过部分的研究,中俄学者均认为,环境温湿度条件是草地螟种群空间分布的决定性因子,并将其用于生产实践中的预测预报[7,12,14,24-27]。室内研究发现,高温对成虫产卵有极显著的影响,即使作用时间比较短,也可以导致其卵量的严重下降,而且即使草地螟雌虫已经有发育成熟的卵,在经过高温刺激后,其卵的生命力亦严重下降[28]。16℃和34℃是草地螟成虫产卵温度的下限和上限,而19～25℃为其产卵适温范围[26]。低于44%的相对湿度对草地螟雌虫的产卵有明显的抑制作用[29]。在本研究中,分析的结果与室内研究结果一致,草地螟成虫趋向于集中在湿度60%～80%之间的高湿环境内。2008年大量的1代成虫从俄罗斯和蒙古国迁入我国后,进一步向华北和东北地区扩散[6],因此,环境湿度系通过调控草地螟成虫飞行行为的发生,进而影响其在空间上的分布。在平均相对湿度为60%～80%的区域内,成虫和幼虫的分布主要受到环境温度的影响,幼虫发生主要集中在温度为19～27℃的区域内,特别是在温度为21～25℃区域内发生程度更重,这与草地螟的最适产卵温度范围相符。在温度高于27℃的天津和河北中南部地区的成虫量较小,这表明温度对成虫的空间分布亦有一定的影响,因此温度是通过对草地螟成虫迁飞和产卵的调控来决定草地螟幼虫发生的空间分布。这与前人的室内研究相符,草地螟产卵适温范围应是未来开展大尺度草地螟大发生预测预报中的一个重要依据。

本文研究表明,成虫盛期种群数量对随后的幼虫大发生亦有影响。而2008年我国草地螟的1代成虫主要系迁入虫源,因此本文的分析结果具有一定的局限性。对于刚羽化的草地螟成虫,室内研究表明温湿度对其产卵均有影响[26,29],由于大田观测结果在预测预报实践中作用更为突出,尚需对大田环境条件下温湿度对本地羽化草地螟成虫的影响作进一步的分析,以完善环境温湿度对草地螟成虫和幼虫大发生空间分布的影响。

对迁飞害虫的大尺度空间发生预测预报是一个很具有挑战性的课题,基于本文的研究结果,结合对草地螟成虫种群的实时监测,及对环境温湿条件的预测预报,可以对草地螟的大尺度发生进行比较准确的预测预报。而由于草地螟是一种大尺度迁飞性害虫,且在我国的相邻国家亦有大量的分布[30-32],要在生产实践中实现对其较精确的预测预报,还有以下几个问题需要进一步的研究:1)草地螟成虫的迁飞机制,特别是气流因子的作用,以及草地螟成虫的多次迁飞;2)草地螟虫源调查,及迁飞轨迹的预测;3)大面积草原及农牧交错区的草地螟成虫种群监测。如果这些问题能够比较好地解决,结合地理信息系统平台的应用,未来即可以建立起我国草地螟比较精确的大发生空间分布预测技术体系,为我国草地螟防控工作提供很好的支撑。

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Characteristics of spatial distribution pattern of Loxostege sticticalis outbreak population in China in 2008

Huang Shaozhe1, Luo Lizhi1, Jiang Yuying2, Tang Jihong1, Zhang Lei1
(1.State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests,Institute of Plant Protection,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing100193,China;2.National Agro-Technical Extension and Service Centre,Beijing100125,China)

[Objective]For the purpose of better understanding the outbreak dynamics,and improving the forecasting of beet webworm outbreak on macro scale,case analysis was conducted on beet webworm outbreak in 2008.[Method]Regression analysis between the amount of the first generation adults and the second generation larvae in 2008 and the local temperature and humidity were made to find the factors affecting the spatial distribution ofLoxostege sticticalis.[Result]Environmental temperature and relative humidity conditions during the outbreak period of beet webworm adult greatly affected the spatial distribution pattern of subsequent larvae outbreak population.Beet webworm adults were mainly distributed within the areas with relative humidity between 60%-80%,and temperature was the main factor determining the spatial distribution pattern beet webworm adults and larvae within this area.The beet webworm adults were mainly distributed in the areas with a temperature higher than 21℃,and the adult population was relatively low when the temperature was over 27℃.Larvae outbreak happened within areas with a temperature between 19-27℃during the outbreak period of beet webworm adult,and more severe outbreaks occurred when the temperature was between 21-25℃,which was the most suitable temperature range for adult oviposition.[Conclusion]The environmental temperature and relative humidity should be taken as important parameters in forecasting the spatial distribution of outbreak population of beet webworm on macro scale.

Loxostege sticticalis; outbreak; forecasting; spatial distribution

S 431.14;S 433.4

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2011.04.016

2010-06-09

2010-11-12

国家攻关专题(2005BA529A03,2005BA529A04);中央财政国家重点实验室自主研究课题专项(SKL2009SR02)

*通信作者E-mail:lzluo@ippcaas.cn