1991—2010年中国主要粮食作物生物灾害发生特征分析

2014-03-07欧阳芳门兴元

生物灾害科学 2014年1期

欧阳芳，门兴元，戈峰*

(1.中国科学院动物研究所/农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室，北京100101；2.山东农业科学院植物保护研究所，山东济南 250100)

0 引言

粮食作物是人类食物的重要来源之一，食物自给自足是人们安居乐业根本，也是国家可持续发展的基础，然而粮食生产过程中面临各种挑战和危机。生物灾害发生种类繁多和暴发频繁，是威胁粮食安全生产的重要因素。我国是一个农业有害生物为害严重的国家，危害农作物的有害生物繁多，其中病害达550种，虫害达700多种[1]，如果不采取防治措施，每年损失的粮食产量将达15%。

有效地防止或减少生物灾害的暴发保障国家农业生产安全、农产品质量安全、农业生态安全和农产品贸易安全意义重大[2]。近几十年来全球气候变化如温度上升、降雨分布不均、灾害性天气出现频繁以及农田景观格局的变化深刻改变着农田生态系统中有害生物（昆虫和病原微生物等）群落的组成结构和演替，使有害生物分布区域扩大、发生世代增多、生态适应性变异，最终导致一些作物病虫害暴发成灾，加重粮食作物的损失[3-4]。本文重点分析了中国1991—2010年20年期间四类重要粮食作物病虫害发生面积和发生强度的变化趋势，以及其空间分布范围，明确粮食作物有害生物发生特征，为制定区域性有害生物防控策略和技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

1991—2010年中国主要粮食作物病害和虫害发生面积数据来源于植物保护统计资料；1991—2010年中国主要粮食作物种植面积和产量数据来源于农业统计年鉴；2010年中国农田土地覆盖类型分布来源于高分辨率遥感数据。

图1 1991—2010年我国主要粮食作物病虫害发生面积

1.2 参数指标

本文研究的主要粮食作物包括水稻、小麦、玉米和大豆。四类粮食作物病害和虫害的发生面积单位为103公顷次。病害和虫害的发生强度定义为单位种植面积的病害和虫害的发生面积，即等于病害和虫害的发生面积除以农作物的种植面积。

1.3 分析方法

变化趋势：利用SPSS统计软件分析四类粮食作物病虫害的发生面积与发生强度的变化趋势。

空间分布：利用ArcGIS 10.0软件分析四类粮食作物病虫害空间分布。（1）数据类型，中国四类主要粮食作物县级单位产量（属性数据1，Feature）；2010年中国农田土地覆盖类型分布数据（栅格数据2，Raster）。（2）将属性数据1转换成栅格数据1（步骤，ArcToolsbox - Conversion Tools - to raster - Feature to Raster）。（3）将栅格数据1与栅格数据2叠置分析（步骤，ArcToolsbox - Spatial Analysit Tools – Extract - Extract by Mask）。

2 结果与分析

2.1 主要粮食作物病虫害发生面积

据植物保护统计资料分析，从1991年到2010年我国水稻、玉米和大豆病害和虫害发生面积均呈显著增长趋势（图1-A、1-C、1-D，表1），而小麦病害呈波动增加趋势，小麦虫害呈现波动下降趋势（图1-B，表1）。水稻病害发生面积从1991年的2.303 246×107公顷次到2010年的3.199 472×107公顷次，虫害发生面积从6.252 126×107公顷次到7.750 472×107公顷次，水稻虫害发生面积高于病害，病、虫害发生面积分别增加39%和24%（图1-A）。玉米病害发生面积从1991年的9.68 006×106公顷次到2010年的2.014 512×107公顷次，虫害发生面积从 2.045 816×107公顷次到4.675 949×107公顷次，玉米虫害发生面积高于病害，病、虫害发生面积分别增加108%和129%（图1-C）。大豆病害发生面积从1991年的4.244 4×105公顷次到2010年的3.024 54×106公顷次，虫害发生面积从4.93 697×106公顷次到8.344 06×107公顷次，大豆虫害发生面积高于病害，病、虫害发生面积分别增加612.6%和69.0%（图1-D）。

图2 1991—2010年我国主要粮食作物病虫害发生强度

表2 主要粮食作物病虫害发生强度线性趋势

2.2 主要粮食作物病虫害发生强度

结果表明，从1991年到2010年我国水稻、小麦、玉米和大豆病害和虫害发生强度均呈显著增长趋势（图2-A、2-B、2-C、2-D，表2）。水稻病害发生强度从 1991年的0.70%到2010年的1.16%，虫害发生强度从1.91%到2.82%，水稻虫害发生强度高于病害，病、虫害发生强度分别增加66%和 58%。小麦病害发生强度从1991年的1.14%到2010年的1.27%，虫害发生强度从 1.18%到 1.55%，小麦虫害发生强度高于病害，病、虫害发生强度分别增加27%和31%。玉米病害发生强度从 1991年的0.44%到2010年的0.60%，虫害发生强度从0.94%到1.39%，玉米虫害发生强度高于病害，病、虫害发生强度分别增加27%和 49%。大豆病害发生强度从1991年的0.06%到2010年的0.37%，虫害发生强度从0.70%到1.02%，大豆虫害发生强度高于病害，病、虫害发生强度分别增加517%和46%。

图3 2010年中国水稻病虫害空间分布区

图4 2010年中国小麦病虫害空间分布区

2.3 主要粮食作物病虫害发生分布

根据 2010年中国遥感调查和土地覆盖分类的农田空间分布数据以及主要粮食作物县级单位产量数据确定病虫害的发生分布范围。从全国各省来看，水稻病虫害发生分布范围较广的省份有东北区域的黑龙江、吉林和辽宁，华北区域的河北和内蒙古；华东区域的山东、浙江、安徽、江苏、福建和江西；华中区域的河南、湖北和湖南；华南区域的广东、广西和海南；西南区域的四川、云南、贵州和重庆（图3）。西北区域的新疆、宁夏、甘肃、陕西和陕西有少量分布（图3）。

小麦病虫害发生分布范围较广的省份有东北区域的黑龙江、吉林和辽宁，华北区域的河北、天津和内蒙古；华东区域的山东、浙江、安徽和江苏；华中区域的河南、湖北和湖南；西南区域的四川、云南、贵州和重庆；西北区域的新疆。甘肃、宁夏、陕西和山西（图4）。

玉米病虫害发生分布范围较广的省份有东北区域的黑龙江、吉林和辽宁，华北区域的河北、天津和内蒙古；华东区域的山东、浙江、安徽、福建、江西和江苏；华中区域的河南、湖北和湖南；西南区域的四川、云南、贵州和重庆；西北区域的新疆；甘肃、宁夏、陕西和山西；华南区域的广东、广西和海南（图5）。

大豆病虫害发生分布范围较广的省份有东北区域的黑龙江、吉林和辽宁，华北区域的河北、天津和内蒙古；华东区域的山东、浙江、安徽、福建、江西和江苏；华中区域的河南、湖北和湖南；西南区域的四川、云南、贵州和重庆；西北区域的新疆；甘肃、宁夏、陕西和山西；华南区域的广东、广西和海南（图6）。

图6 2010年中国大豆病虫害空间分布区

3 结论与讨论

1991—2010年的20年，我国主要的粮食作物——水稻、玉米、小麦和大豆的病虫害的发生面积呈逐年增加的趋势（除了小麦虫害发生面积），其中玉米的病虫害发生面积增幅最大，增幅均在100%以上，这与近年来玉米种植的面积大幅度增加有关[5]。随着粮食作物病虫害发生面积增大，其发生强度均呈增加趋势。病害与虫害相比，无论是发生面积，还是发生强度，粮食作物的虫害均高于病害。粮食作物病虫害主要分布在我国中东部的粮食主产区，西部地区主要粮食作物病虫害发生相对较轻。

我国粮食作物病虫害发生加重与我国的集约化农业发展导致的农田生态系统单一化以及全球季候变化有关。大量的研究表明，作物种植面积的增加和单一化降低了生态环境的多样性，造成农田生态系统的不稳定，导致病虫害发生和危害加重[6-7]。气候变暖可使病虫害发育历期缩短、危害期延长，害虫种群增长力增加、繁殖世代数增加，发生界限北移、海拔界限高度增加，危害地理范围扩大，危害程度加重，气候变暖将使中国大部农作物病虫害发生呈扩大、加重趋势[8-9]。盲目的追求产量，过度使用化学农药，破坏农田的生态平衡，降低农田自然生物因子的控制作用，也是农田病虫害加剧的重要原因。