草地螟一代幼虫最佳防治期气象预报模型

2012-03-13唐红艳牛宝亮

草业科学 2012年10期

唐红艳,牛宝亮

(内蒙古兴安盟气象局，内蒙古乌兰浩特 137400)

草地螟(Loxostegesticticalis)是我国北方农牧业生产的重要害虫，具有间歇暴发、集中迁移危害的特点[1-2]。草地螟幼虫暴发时一夜之间便可吃光一片地，在短期内造成毁灭性灾害[3]。因此，准确预测草地螟一代幼虫危害期，提前采取有效防治措施，对最大限度减轻灾害损失具有重要意义。

草地螟防治是保证农作物优质高产的重要环节，适期进行防治不仅防治效果好，还能达到少药、高效、少污染的效果，若适期防治时间延误一天都会对农业生产造成巨大损失。草地螟初孵幼虫(1～2龄)主要取食杂草，食量较小，3龄以后向附近农田转移，开始危害农作物，4～5龄进入暴食阶段(占总食量的95%)，是草地螟对农作物的危害盛期[3-4]。因此，草地螟防治的最佳时期应在3龄幼虫期之前。为了准确掌握草地螟一代幼虫最佳防治期，前人通过对草地螟成虫蛾峰日期的监测和分析雌蛾卵巢发育级别，并参考多年平均气象条件来估算草地螟3龄幼虫期，从而确定草地螟最佳防治期[5-11]。上述研究大都以成虫发育情况为依据，根据多年经验估算草地螟一代幼虫最佳防治期，考虑当年环境气象条件对草地螟产卵孵化以及低龄幼虫发育进度的影响不足，属于定性预报方法。温度是昆虫生长发育的主导因素，已有研究建立了温度与昆虫生长发育关系的多种模型[12]，有效积温在昆虫发育期和发生代数预测研究中得到广泛应用[10,13]。事实上，昆虫的生存、发生、发展不仅仅受温度影响，还与其他环境气象条件关系密切[14]。草地螟越冬代成虫出现蛾峰后，草地螟成虫产卵持续期、卵孵化速度以及各龄幼虫的发育速度都受当年气象条件影响而有所不同，因此每年的最佳防治期也会不同。本研究在分析气象条件对草地螟发生规律影响的基础上[15-16]，以监测到越冬代成虫蛾峰作为初始日，建立蛾峰初始日至3龄幼虫期持续天数定量气象预报模型，通过预报越冬代成虫蛾峰至3龄幼虫期持续天数来确定草地螟最佳防治期，以期为农业部门及农民及时、科学开展草地螟防治工作提供参考依据。

1 研究区概况

兴安盟(44°14′～47°39′ N，119°28′～123°38′ E)位于内蒙古自治区东北部，地处大兴安岭向松嫩平原过渡地带，国土面积598.15万hm2，农作物播种面积77.863万hm2(2011年)，草原面积303.4万hm2，属于典型的农牧交错区。草地资源分布广泛，分为草甸草原、干草原、低地草甸和沼泽等。牧草种类主要有贝加尔针茅(Stipabaicalensis)、野古草(Arundinellaanomala)、羊草(Leymuschinensis)、柳蒿(Artemisiaintegrifolia)、冷蒿(A.frigida)、灰菜(Chenopodiumalbum)、猪毛菜(Salsolacollina)等。该区属于中温带大陆性季风气候，年平均气温-2.2～6.8 ℃，≥10 ℃活动积温1 456.9～3 171.2 ℃·d，年降水量361.9～460.0 mm，蒸发量1 135.9～2 046.5 mm，无霜期65～160 d，光照充足。由于草地螟幼虫属于杂食性害虫，半农半牧区的土地利用特点以及分布广泛的豆科、藜科、百合科等草地螟喜食植物，为草地螟的生存、繁殖提供了良好的环境及植被条件。

2 资料与方法

草地螟发育历期观测资料来源于内蒙古兴安盟植保站，包括1979-2010年草地螟越冬代成虫始见期、蛾峰日期、产卵期、卵孵化期天数和各龄幼虫期等，气象资料来源于内蒙古乌兰浩特市气象局1979-2010年的逐日气象资料，包括逐日平均气温、最高气温、最低气温、降水量、相对湿度以及日照时数等。农作物播种面积数据来源于兴安盟统计局，草原面积数据来源于兴安盟农牧业局。由于草地螟的发生具有间歇性，最长连续资料只有1996-2010年，本研究中均采用1996-2010年资料，气候资料平均值均采用1981-2010年。对旬气象因子进行膨化处理，生成不同组合的连续时段气象因子集，与草地螟越冬代成虫产卵孵化期、1～3龄幼虫发育期、蛾峰初始日至3龄幼虫期持续天数进行相关分析和典型年份对比分析，选取相关系数大、又具有一定物理意义的气象因子，采用最优子集多元回归方法建立草地螟越冬代成虫蛾峰初始日至3龄幼虫期持续天数预报模型。以草地螟越冬代成虫出现蛾峰作为初始日，通过预测蛾峰初始日至3龄幼虫期持续天数来确定草地螟最佳防治期。

3 结果与分析

3.1影响越冬代成虫产卵孵化期持续天数的关键气象因子在草地螟越冬代成虫蛾峰日期一定的前提下，草地螟成虫产卵孵化期持续天数和幼虫发育期持续天数决定了草地螟最佳防治期。6月中、下旬是兴安盟地区草地螟成虫产卵和幼虫孵化盛期，产卵孵化期的持续天数受气象因子影响年际间差异显著，导致一代幼虫发生期和最佳防治期也不同。相关分析结果(表1)表明，影响草地螟产卵孵化期持续天数最关键的时期是6月，关键气象因子是温度、降水量和相对湿度。产卵孵化期持续天数与产卵孵化期间的温度呈负相关，与降水量和相对湿度呈正相关，即高温缩短产卵孵化期持续天数，低温延长产卵孵化期持续天数，而低湿缩短产卵孵化期持续天数，高湿延长产卵孵化期持续天数。其中,与6月中、下旬平均温度的负相关系数通过0.05信度检验，与6月中旬的降水量和6月上、中旬的相对湿度正相关系数通过0.01信度检验，影响最显著的因子是6月上、中旬相对湿度。

1996-2008年典型年份统计结果也表明，6月中旬平均最高温度超过30 ℃的有5年(1997、2000、2004、2007和2008年)，这5年的温度距平在4～6 ℃，对应的6月中旬平均温度都超过23 ℃，6月中旬降水量不足10 mm，相对湿度都不足50%，对应上述年份的产卵孵化期持续天数都在4～6 d；而6月中旬最高温度低于26 ℃的也有5年(1996、1998、2001、2002和2003年)，对应的6月中旬平均温度都低于21 ℃，6月中旬的降水量都超过15 mm，相对湿度超过60%，对应上述年份的产卵孵化期持续天数都在7～9 d(表2)。说明草地螟产卵孵化期间遇高温低湿天气明显缩短产卵孵化期持续天数，最佳防治期有可能提前；而低温高湿天气则延长产卵孵化期持续天数，最佳防治期有可能推迟。分析结果可作为预报辅助因素或模型订正因素。

表1 草地螟产卵孵化期持续天数与气象因子相关分析结果Table 1 Correlation analyses between spawning and hatching time and meteorological factors

3.2影响草地螟1～3龄幼虫发育速度的关键气象因子相关分析结果(表3)表明，1～3龄幼虫发育速度与6月中、下旬平均 (最高) 温度呈负相关，即高温加快幼虫发育，缩短1～3龄幼虫期，一代幼虫危害期和最佳防治期提前；与6月上、中旬降水量呈正相关，即降水量多延缓幼虫发育，1～3龄幼虫期延长，一代幼虫危害期和最佳防治期推迟；与6月上、中旬日照时数呈负相关。影响1～3龄幼虫发育的关键气象因子是6月上、中旬降水量，其次为6月中、下旬平均最高温度。分析结果同样可作为预报辅助因素或模型订正因素。

3.3影响草地螟蛾峰至3龄幼虫期持续天数的关键气象因子 1996-2008年草地螟历史资料表明，蛾峰至3龄幼虫期持续天数最短为13 d，最长为28 d，持续时间相对较短。对蛾峰至3龄幼虫期持续天数与膨化后的气象因子进行相关分析，结果(表4)表明，持续天数与4月上、中旬日照时数，5月中旬日照时数，6月上、中旬降水量和相对湿度都呈正相关，即降水量多、相对湿度大，持续天数延长，最佳防治期推迟；与6月上、中旬平均 (最高) 温度呈负相关，即高温加快幼虫发育，缩短持续天数，最佳防治期提前。此期影响最显著的气象因子是6月上、中旬相对湿度和降水量，相关系数达到0.754 8和0.693 8，均通过0.01信度检验，其次是4月中旬至6月中旬平均最高温度和6月上、中旬平均温度，相关系数均通过0.05信度检验。日照时数的影响相对弱些。

3.4越冬代成虫蛾峰至3龄幼虫期持续天数预报模型的建立草地螟最佳防治期预报方法可采用分别建立产卵孵化期和1～3龄幼虫期预报模型，也可采用建立蛾峰日至3龄幼虫期持续天数预报模型。为便于开展草地螟防治期气象预报服务并减小分别建立模型的预报误差，本研究采用蛾峰日至3龄幼虫期持续天数预报模型。以越冬代成虫出现蛾峰日为初始日期，考虑因子物理意义和预报时效性，选取相关系数相对大的气象因子，采用最优子集多元回归方法建立蛾峰初日至3龄幼虫期持续天数预报模型：

表2 产卵孵化期气象指标Table 2 Meteorological indexes of during days of spawning and hatching

表3 1～3龄幼虫期与气象因子相关分析结果Table 3 Correlation analyseis between the duration days from 1-age to 3-age larvae and meteorological factors

表4 蛾峰至3龄幼虫期持续天数与气象因子相关分析结果Table 4 Correlation analyses between the duration days from the first day of peak catch to 3-age larvaeand meteorological factors

Y=37.5+0.137 5X1-0.255 5X2+0.171 5X3+0.559 0X4(R2=0.861 6)

模型通过0.01信度检验。式中，Y为蛾峰初日至3龄幼虫期持续天数，X1为5月中旬日照时数，日照时数多则延长草地螟成虫的产卵孵化期，日照时数少则缩短草地螟成虫产卵孵化期；X2为4月中旬至6月中旬平均最高温度和，温度高，草地螟成虫产卵孵化期缩短，温度低则产卵孵化期延长；X3为6月上旬降水量，降水量少，幼虫发育速度快，降水量多则幼虫发育速度慢；X4为6月上、中旬相对湿度和，相对湿度小，幼虫发育速度快，相对湿度大则幼虫发育速度慢。

根据模型中气象因子所处时段，6月下旬初即可预报草地螟蛾峰初日至3龄幼虫期持续天数。蛾峰初日日期加上蛾峰至3龄幼虫期持续天数就是草地螟一代幼虫最佳防治期的开始日期。

3.5模型检验利用1996-2008年的历史资料进行模型的模拟检验(图1)，有7年(54%)绝对误差小于1 d，有4年(31%)绝对误差在1～2 d，只有2年(15%)绝对误差在2～4 d。平均绝对误差只有1.2 d，模拟效果较好。

应用2009-2010年实况气象资料进行试报检验，2009年蛾峰初日至3龄幼虫期持续天数预报结果为25.6 d，实际为28 d，绝对误差2.4 d；2010年预报结果为17.7 d，实际为15 d，绝对误差2.7 d。总体看，预报结果基本准确，可以应用到气象预报服务中。

图1 蛾峰初日至3龄幼虫期持续天数预报模型模拟结果Fig.1 Result of forecast model simulation for the duration days from the first day of peak catch to 3-age larvae

4 讨论与结论

草地螟适期防治不仅防治效果好，还能够最大限度减轻灾害损失。高温、少雨、低湿天气加快越冬代成虫产卵孵化及幼虫发育，从而使蛾峰至3龄幼虫期持续天数缩短，一代幼虫危害期提前，最佳防治期也相应提前；而低温、多雨、高湿天气延缓越冬代成虫产卵孵化及幼虫发育，从而使蛾峰至3龄幼虫期持续天数延长，一代幼虫危害期推迟，最佳防治期也相应推迟。

前人对草地螟最佳防治期的预测都以定性预报为主[5-11]，估算误差相对大，本研究以越冬代成虫出现蛾峰为初始日期，考虑因子物理意义和预报时效性，选取相关系数相对大的气象因子，采用最优子集多元回归方法建立了越冬代成虫蛾峰日至3龄幼虫期持续天数定量预报模型。预报模型通过0.01信度检验，回代检验平均误差仅有1.2 d，2009-2010年试报检验平均误差2.55 d，模型预报误差较小。研究结果从当年气象条件出发，实现了定量预报草地螟一代幼虫最佳防治期的目标，对于今后开展草地螟最佳防治期预报服务具有重要意义。

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