气温变化对沙棘木蠹蛾成虫发生期的影响

葛雪贞， 姚国龙， 骆有庆， 王 涛， 何善勇， 宗世祥＊

（1.北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083；2.宁夏彭阳县林业局，宁夏 756500；3.北京市门头沟区林业工作站，北京 102300）

政府间气候变化专业委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，简称IPCC）第4次评估报告中指出，最近100年（1906—2005年）气温变化的线性趋势达0.74 ℃（0.56～0.92 ℃）［1］，全球气候系统的变暖是不争的事实。总体而言，中国的气温变化与全球变化有相当的一致性，然而，在一些地区或者一定时期内也可能出现极端气温降低的现象，在我国黄河下游地区，年、春季和夏季平均极端高温均出现较明显的下降趋势［2］；西南地区春、夏季气温有一定下降，春季降温尤为明显［3］；西北地区东部夏季平均最高气温有下降趋势，中部除冬季外所有季节平均最高气温都显著下降［4］。

昆虫属于变温动物，自身受气温变化的影响较大，包括昆虫的发育速率、与寄主植物的同步性、种群数量以及分子学及生态机制等［5］。受气温升高的影响，在甘肃省武威市，麦长管蚜［Macrosiphum miscanthi（Takahashi）］和棉铃虫［Helicoverpa armigera （Hübner）］的繁殖生育时间提前，发生的世代数增加，为害期相应延长，对寄主作物的为害程度呈逐渐加重趋势，蚜虫由低海拔川区向高海拔山区迁飞的时间提前，高峰期蚜量呈增加趋势［6］，在辽宁省建平县，油松毛虫（Dendrolimus tabulaeformis Tsai et Liu）幼虫下树结束期显著提前［7］。目前关于昆虫受气温降低的影响尚未有研究。

沙棘木蠹蛾（Holcocerus hippophaecolus Hua et Chou）属鳞翅目（Lepidoptera）木蠹蛾科（Cossidae）线角木蠹蛾属（Holcocerus），全称为沙棘线角木蠹蛾，主要以幼虫为害沙棘的主干和根部，使其大部分被蛀空，导致沙棘整株枯死。近年来，该虫在中国陕西、山西、内蒙古、辽宁、宁夏和河北等主要沙棘种植区大面积发生，为害面积达33.3万hm2，其中有大约16.7万hm2完全枯死，并且其为害正呈加剧之势，给我国的沙棘产业造成了巨大的损失［8－11］。

目前，有关沙棘木蠹蛾成虫发生期受气温变化影响的研究还未见报道，为了解气温变化对沙棘木蠹蛾成虫发生期的影响，本文通过分析2005—2011年宁夏彭阳县的气温变化，并结合2006—2011年期间该地区沙棘木蠹蛾成虫发生期的历史资料，对沙棘木蠹蛾成虫发生期的变化趋势进行了分析，探讨了发生期与气温之间的相关性，以期为有效防控沙棘木蠹蛾灾害提供参考和依据。

1 材料和方法

1.1 资料来源

1.1.1 沙棘木蠹蛾成虫发生期资料

来源于宁夏回族自治区彭阳县阳洼监测点，该地从2005年始就利用全自动虫情测报灯对沙棘木蠹蛾成虫发生期和发生量进行监测。发生期的调查按照统计学的要求，将害虫种群内所有个体进入某一虫态或虫龄期的发育进度百分率达16%、50%、84%左右的时期，分别划作始盛期、高峰期和盛末期。

1.1.2 气象数据

包括月均气温、月均最高气温和月均最低气温3种气温数据，均由宁夏彭阳县气象局提供。

1.2 分析方法

1.2.1 趋势分析

气温和沙棘木蠹蛾发生期（y）分别随年序列（x）的变化趋势均采用一元线性倾向估计法进行分析，该方法认为因变量的变化趋势可以用一次直线方程y＝a＋b x来进行描述，一般地将b＊10称为该因变量的变化倾向率［12］，a为常数，b为回归系数，a和b由最小二乘法进行估计［13］。

相关系数R表示变量y与自变量x之间线性相关的密切程度，若∣R ∣＞R（a，n－2），则表示y随x的变化趋势是显著的，否则表明变化趋势不显著。

1.2.2 发生期相关气温因子选择

由于沙棘木蠹蛾成虫始见于5月末，终见于9月初［14］，所以为探讨气温与沙棘木蠹蛾成虫发生期之间的相关性，分别选择5－6月、6月、6－7月、8－9月和5－9月平均气温作为成虫始见期、始盛期、高峰期、盛末期、结束期和整个成虫期的参考变量。最终选择5－6月平均气温作为始见期的考察变量，6月平均气温作为始盛期的参考变量，6－7月平均气温作为高峰期和盛末期的参考变量，8－9月平均气温作为结束期的考察变量，5－9月平均气温作为整个成虫期的参考变量。

1.2.3 相关性分析

参考 Hassall等［15］的研究方法，使用SPSS13.0软件中的Kendall非参数估计法对气温与沙棘木蠹蛾成虫发生期进行了相关性分析，该方法为常用的双变量相关性分析方法，适用于非正态或分布不明的变量值，计算时先对离散数据进行排序或对连续变量的值求秩，再计算其秩分数间的相关系数。｜R｜≥0.8表示高度相关；0.5≤｜R｜＜0.8表示中度相关；0.3≤｜R｜＜0.5表示低度相关；｜R｜＜0.3表示关系极弱，认为不相关。当相关系数检验的t统计量的显著性概率P＜0.05时，说明两个变量间相关性显著，通常在概率值上方用“＊ 表示；当P＜0.01时，说明两个变量间相关性极显著，通常在概率值上方用“＊＊”表示；当P＞0.05时，说明两个变量间没有显著的相关关系，只显示概率值［16］。

2 结果与分析

2.1 历年5－9月气温变化趋势

对2005－2011年宁夏彭阳县5－9月月均气温，月均最高气温，月均最低气温进行线性倾向估计分析，结果如表1和图1所示。近7年来，彭阳县月均气温，月均最高气温随着年份的变化总体均呈现出下降的变化趋势，而月均最低气温随着年份的变化呈现出上升的变化趋势。其中，月均气温的气温倾向率最大，为－0.89℃／10年，月均最高气温的气温倾向率为－0.57℃／10年，两者降温趋势均不显著；而月均最低气温的气温倾向率为0.18℃／10年，升温趋势极不显著。综上分析，2005－2011年期间，宁夏彭阳县气温呈现一定的下降趋势，但趋势不显著。

表1 各温度变化因子的变化倾向率及变化趋势显著性结果Table 1 The change tendency rate of temperature factors and the significance

图1 2005－2011年5－9月气温变化趋势Fig.1 The change trend of mean temperature in May to September from 2005to 2011

2.2 历年成虫发生期变化趋势

对2006－2011年沙棘木蠹蛾成虫发生期的变化进行分析，线向结果及年变化趋势如表2和图2所示，6年间，沙棘木蠹蛾成虫的始见期、始盛期、高峰期、盛末期、结束期和历期均随着年份的变化总体呈现出延迟的变化趋势，发生期呈现出延长的变化趋势。其中，结束期延迟的幅度最大，发生期倾向率达到84.571d／10年，而始见期、始盛期、高峰期、盛末期和历期的发生倾向率分别为10.857、16.000、25.429、60.851d／10年和73.714d／10年。

2.3 气温与成虫发生期的相关性

由以上分析可知，过去的7年中，彭阳县气温变化呈现一定的下降趋势，为了解气温变化与成虫发生期之间的相关性，利用Kendall非参数估计方法计算了各发生期之间的相关系数，结果如表3所示。

沙棘木蠹蛾成虫始见期与气温之间呈现出中度的负相关关系，整个成虫期与气温之间呈现出低度的负相关关系，而始盛期、高峰期、盛末期和结束期与气温的相关性极弱，基本可认为不相关。结果表明该地区近年来的气温虽然在一定程度上有所降低，但还没有对沙棘木蠹蛾成虫的发生期产生很大的影响，仅对其始见期和整个成虫期有一定的影响。

表2 沙棘木蠹蛾成虫发生期年变化趋势及显著性结果Table 2 The change trend of the occurrence period of H.hippophaecolus adult and the significance

图2 2006－2011年沙棘木蠹蛾成虫发生期变化趋势Fig.2 The change trend of the occurrence period of H.hippophaecolus adults from 2006to 2011

表3 平均气温变化与沙棘木蠹蛾成虫发生期相关性分析Table 3 The correlation analysis between average air temperature change and the occurrence period of the adults

3 结论与讨论

受气温降低的影响，沙棘木蠹蛾成虫发生期呈现延长的变化趋势，其中，始见期受气温降低的影响较明显，呈现一定程度延后的变化趋势，而始盛期、高峰期、盛末期、结束期则几乎不受影响。此外，2006－2011年，沙棘木蠹蛾成虫的发生数量呈现逐年增加的变化趋势，其原因可能是由于气温的降低影响了主要寄生性天敌昆虫毛缺沟姬蜂［Lissonota setosa（Geoffrog）］的种群数量及发生期变化，从而导致沙棘木蠹蛾成虫的种群数量增加和发生期延长。同时，气温降低在一定程度上会影响沙棘的生长状况，从而影响了沙棘木蠹蛾幼虫的发育进度，进而影响其成虫的发生期。

沙棘木蠹蛾蛹的发育起点温度为15.481℃，有效积温为（202.356±13.057）日·度，发育历期为31d［14，17］。由不同年份成虫的始见期可知，沙棘木蠹蛾老熟幼虫基本在5月初开始化蛹，因此，历年5月份的气温变化会对蛹的发育产生较大的影响。由图3可知：5月份的气温基本呈现降低的变化趋势，特别是2008年以后，气温已低于蛹的发育起点温度，由此在一定程度上延长了蛹的发育进度，从而导致成虫的始见期延后。

气温变化趋势是由长期多年的气温变化结果所决定的，因此，通过6年的气温变化数据得出气温变化趋势与沙棘木蠹蛾成虫发生期的关系还存在一定的不足，但对于分析气温变化对沙棘木蠹蛾成虫发生期的影响具有一定的指导意义。

图3 2005－2011年5月平均气温变化趋势Fig.3 The change trend of May mean temperature from 2005to 2011

目前，在昆虫有效积温研究中普遍存在着一种假说，即同一种昆虫不同发育阶段的发育起点温度相同［18－20］，而 为 了 验 证 这 一 假 说，Jarosik 等［18－19］通过收集大量已发表的与之相关的数据，分析得出同一种昆虫不同发育阶段的发育起点温度不存在显著性差异，而昆虫不同发育阶段的发育起点温度都可以通过线性方程计算得出［21］。因此，通过沙棘木蠹蛾蛹的发育起点温度，并利用该假说得出其他虫态的发育起点温度，对深入了解气温降低对沙棘木蠹蛾成虫发生期的影响具有重要的指导意义。

众所周知，气温变化不但影响昆虫的发生期，而且对其种群增长率和发生世代数也具有一定的影响。运用广义可加模型对三化螟的发生进行分析表明：其种群数量增长率随着年极端最低气温的升高而减少，也就是说，三化螟在中国南方的种群数量由于气候变暖而变得越来越少［22］；同时，运用气候变暖场景模型分析，在华中地区的日最高气温与最低气温均增加4℃，三化螟的发生世代数将由3代增加为3～4代［23］。线性回归模型分析结果表明：宁夏彭阳2005－2011年极端最低温度呈现下降的变化趋势，由此可推断沙棘木蠹蛾成虫的种群数量增长率可能会随着年极端最低温度的降低而增大。因此，运用广义可加模型和气候变暖场景模型，分析彭阳的年极端最低温度与沙棘木蠹蛾成虫种群增长率的关系，以及日最高气温与最低气温对其世代发生数量变化的影响等，对深入了解气温变化情景下沙棘木蠹蛾成虫种群的发生与发展，提高预测预报的准确率以及有效控制其危害具有非常重要的理论和现实意义。

另外，在温度变化对昆虫个体生长速率影响的研究中，国内外已构建了多个关系模型，用于解释温度对昆虫发育速率的影响，其中，Sharpe－Schoolfield－Ikemoto模型不但提高了对发育速率数据的最优拟合，还可以明确昆虫的内禀最适温度，全面了解昆虫的适应性［21，24］。因此，运用该模型研究气温变化对沙棘木蠹蛾成虫个体发育的影响，找出其内禀最适温度，推算出在该温度下的发育速率，从而探讨沙棘木蠹蛾对多个地区气候的适应性，明确其在全国的适生地区，对明确沙棘木蠹蛾灾害的发生机制，了解其扩散蔓延的规律等均具有重要的意义。

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