桂东北稻区第七代褐飞虱迁飞规律及虫源分析

2014-05-05齐会会张云慧蒋春先武俊杰孙明阳杨秀丽程登发

生态学报 2014年8期

齐会会，张云慧，蒋春先，武俊杰，，孙明阳，，杨秀丽，程登发，*

(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;2.四川农业大学农学院，成都 611130;3.山西省农业科学院小麦研究所，临汾市 041000)

褐飞虱Nilaparvata lugens(Stål)是我国水稻上的一种重要迁飞性害虫，在桂东北稻区冬季田间无稻苗存活的季节难以存续，次年春、夏季初次发生的虫源是由中南半岛的终年繁殖地迁飞而来［1-2］。桂东北稻区属于南岭双季稻区，包含“湘桂走廊”要道，是褐飞虱南北往返迁飞的必经之路，地理位置十分重要。20世纪70年代末全国大范围多学科协作研究认为9月下旬到10月上旬，褐飞虱由长江中、下游地区开始回迁到南岭以北各地［1］。之后的南岭稻区迁飞性害虫科研协作组的研究结果表明，秋季早期(8月中、下旬)的回迁虫源是本地晚稻为害的关键虫源，而后期(9月底至10月初)的回迁虫源，因本地晚稻已基本成熟，这部分回迁虫源对晚稻为害损失不大［3-4］。前期迁入虫源直接决定着桂东北地区的田间褐飞虱虫情，亦与北方广大稻区的褐飞虱发生有密切的关系，目前对桂东北地区褐飞虱的研究主要集中在春、夏季境外虫源地的研究［5-6］，一定程度上丰富和补充了早期对稻飞虱北迁路径研究，但对于褐飞虱秋季回迁的研究少之又少。近年来，作为次害代的第7代褐飞虱在该稻区发生严重［7-9］，给本地晚稻生产造成了重大损失，且秋季回迁进入中南半岛的虫源基数越高，翌年春季再度迁入我国的初始虫源自然也水涨船高数量剧增，这也在一定程度上使近年来我国各稻区褐飞虱连年暴发，因此，研究桂东北稻区第7代褐飞虱的迁飞规律及虫源地分布，对华南稻区乃至境外稻区褐飞虱的异地预测和源头治理具有重要的意义。

为此，2007—2010年在广西东北部的兴安县设置诱虫灯，系统监测第7代褐飞虱的迁飞动态，运用大气质点轨迹分析平台HYSPLIT和气象图形处理软件GrADS对褐飞虱的迁飞过程及大气背景场进行分析，探明第7代褐飞虱在桂东北稻区的迁飞规律，以期为褐飞虱的监测预警和有效防治提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及时间、地点

2007—2010年在广西壮族自治区兴安县植保站(25°37'25.0 ″N，110°40'36.9 ″E，海拔 209 m)设置佳多自动虫情测报灯和高空探照灯诱虫器各1盏。佳多自动虫情测报灯采用20 W黑光灯作诱集光源，上面架设防雨罩，既可以防雨又能遮住灯泡向上发出的光，此灯为光控开关，日落后灯亮，日出前灯灭;高空探照灯参照姊妹灯中高空探照灯的设置［10］，每天日落开灯，日出关灯。

1.2 数据来源

虫情数据:佳多自动虫情测报和高空探照灯的逐日诱虫资料。

高空气象数据:来自于美国国家环境预报中心(NCEP，National Weather Service's National Centers for Environment Prediction)和美国国家大气研究中心(NCAR，National Center for Atmospheric Research)提供的全球再分析数据(全球6 h一次，1°×1°，26个高度层，GRIB(GRidded Binary)格式)。

降水资料:来自于中国气象局的逐日降水资料。

地图资料:中国省级行政区图(1∶4000000)从国家基础地理信息中心 (http://nfgis.nsdi.gov.cn)下载。

1.3 分析方法

(1)天气学背景分析

根据秋季时期对褐飞虱的航捕结果及雷达观测情况［11-13］，褐飞虱在秋季的迁飞高度一般在1500 m以下，适宜的飞行高度在500—1000 m，因此选取对褐飞虱迁飞影响较大的全球再分析数据中925 hPa等压面，利用GrADS绘出925 hPa的水平风场、温度、垂直速度场等物理量，并结合日降雨量对降雨天气的划分标准，分析其对褐飞虱迁飞的影响。

(2)虫源性质判断

根据褐飞虱在迁出期，通常在当地并不趋灯［14］，而高空探照灯对至少500 m高空的褐飞虱具诱集作用［10］，佳多灯只对附近的褐飞虱具有诱集作用，因此，可将褐飞虱在佳多灯和高空灯上的同时突增认为是迁入期，高空探照灯突增而佳多灯无变化为过境或迁出，此外还根据广西植物保护网(http://www.gxzb.com/)发布的田间虫情信息对褐飞虱的虫源性质加以判断。

(3)轨迹分析

采用美国国家海洋和大气管理局(NOAA，National Oceanic and Atmospheric Administration)与澳大利亚气象局联合开发的HYSPLIT平台(Hysplit_4软件)分别对褐飞虱的迁入和迁出峰次以本地为起点进行轨迹回推和顺推。广西兴安县9月下旬至10月中旬的日落时刻在北京时间18:06—18:35(文中所用时间均为北京时间)之间，日出时刻在 06:25—06:38 之间［15］，根据邓望喜9月底至10月下旬航捕结果［11］，回推轨迹以降虫区为起点，回推的起始时刻设为06:00，回推12，对迁入高峰进行逐日回推;对于本地的起飞高峰分别顺推12 h、24 h和36 h，起飞时刻设为18:00，对迁出高峰进行逐日顺推。根据昆虫雷达对褐飞虱秋季回迁的观测［12-13］，设置迁飞高度为 700、900、1100 m 3个高度层。

轨迹分析的模型只是根据高空的温度和气流场以及以上所列的几个生物学参数来进行分析的，在进行轨迹分析时还需要以下几个条件来进行筛选:1)回推轨迹落点必须在水稻种植区且该稻区内水稻必须处于生长后期［16］，顺推轨迹落点必须在水稻种植区且该稻区内水稻适合褐飞虱取食;2)回推轨迹落点的稻区内有大量长翅型褐飞虱成虫［1］，可提供迁出虫源;3)回推轨迹落点的稻区内褐飞虱正值迁出高峰。按以上标准进行轨迹的取舍，并通过全国农业技术推广服务中心(http://www.natesc.gov.cn/sites/Mainsite/)和广西植物保护网发布的虫情信息(http://www.gxzb.com/)进行轨迹的验证，剔除不合理的轨迹得到有效轨迹。

2 结果与分析

2.1 第7代褐飞虱灯下种群动态及迁飞峰期划分

2007—2010年高空探照灯、佳多灯下都出现多次褐飞虱的虫量突增突减，高空灯下的峰期和虫量都多于佳多灯，分析单灯诱虫量可见(图1)，第7代褐飞虱的诱虫高峰一般集中出现在9月底至10月上旬。此外，灯诱虫量的高低也反映了本地第7代褐飞虱的发生程度，如2007年和2009年诱虫量较多，单灯单日最高诱虫量分别达到7574头、13620头，而2010年日最高诱虫量只有346头，属于第7代褐飞虱轻发生年。

根据监测点灯诱虫情及广西植物保护网上发布的田间虫情把第7代褐飞虱的迁飞峰期归纳如下:2007年的主要迁入期为9月25—28日、10月4—5日，迁出期为10月6日和10—11日;2008年的主要迁入期为9月25—26日、10月2—3日、10月8—9日和10月14—15日，迁出期为9月30—10月1日、10月4—7日和10月13日;2009年的主要迁入期为9月23—24日和9月28—10月7日，迁出期为9月22日;2010年的主要迁入期为10月9—10日、10月18—19日，迁出期为10月5—8日和10月16—17、 20日。

图1 2007—2010年第7代褐飞虱在高空探照灯和佳多灯上的种群动态Fig.1 Population dynamics of the 7thgeneration of brown planthopper in the searchlight trap and the Jiaoduo light trap form 2007 to 2010

2.2 第7代褐飞虱迁入和迁出峰次的轨迹分析

图2 2007—2010年第7代褐飞虱各迁入种群的回推轨迹Fig.2 The backward trajectories of immigratory population of the 7thgeneration of brown planthopper from 2007 to 2010●12 h轨迹落点;★广西兴安

对第7代褐飞虱的迁入种群进行12 h轨迹回推(图2)，由于风速和风向的差异，使得褐飞虱在迁飞距离和迁飞方向上4a间有一定的差异，但虫源方向主要位于监测点的东北方向。虫源区最远的距离是2009年位于监测点529 km处的江西中西部稻区，其次是位于湖南中东部的稻区，而对于轨迹落点距离兴安较近的广西东北和广东西北稻区，主要是褐飞虱的“洄游”和“乱迁”现象。

桂东北稻区第7代褐飞虱迁出方向较一致(图3)，主要是在东北气流的运载下向西南方向迁飞，在12 h的迁飞情况下一般到达广西中部稻区，在24 h和36 h的飞行情况下，可以达到广西南部沿海、越南北部和海南省等地。个别落点在桂东北附近稻区和湖南稻区的种群属于褐飞虱的“洄游”和“乱迁”现象，落点入海的属于无效轨迹。

图3 2007—2010年第7代褐飞虱各迁出种群的顺推轨迹Fig.3 The forward trajectories of emigratory population of the 7thgeneration of brown planthopper from 2007 to 2010●12 h轨迹落点;▲24 h轨迹落点;■36 h轨迹落点;★广西兴安

2.3 第7代褐飞虱迁飞期间的气象情况

温度、气流和降水等气象因素与褐飞虱的迁飞过程关系密切，以下将从这个几方面分析第7代褐飞虱迁飞期间的气象情况。

2.3.1 2007至2010年9月下旬至10月中旬的大气环流背景

我国处于东亚季风区域，秋季大陆高压开始南伸，逐渐取代西太平洋副高的控制，东北气流开始南侵。2007年副高呈带状明显偏西、偏强［17］，10月副高从中南半岛北部至我国华南为5880 gpm闭合环流圈，在较高纬区域，由于乌拉尔山以东的高压脊替代了常年的槽区，使得影响我国的冷空气较频繁，但影响区域偏北;2008年副高整体呈东西带状分布［18］，比常年偏西、略偏强，9月下旬前期亚洲上空低压带稳定少动，巴尔克什湖附近低槽发展东移，带来的冷空气自西向东先后影响我国大部地区，南方地区出现一次中等强度冷空气过程;2009年副高整体呈东西带状分布［19］，比常年偏西、偏强，欧亚大陆高压脊区不明显，西风带平直，影响我国的冷空气强度偏弱;2010年副高的主体位于洋面上［20-21］，强度较常年平均偏弱，乌拉尔山至东亚沿岸为偏西北气流，由于东欧槽区偏强，从而导致乌拉尔山高压脊偏强，加之东亚沿海高空槽略偏深，使得10月份冷空气活动较为频繁，由于副高偏弱，使得冷空气的影响能够更偏南。每年的副高活动强度有所不同，进而影响到温度以及风场等大气因素年度间的波动，从而对褐飞虱在空中的迁飞产生一定的影响。

2.3.2 2007至2010年9月下旬至10月中旬桂东北925 hPa温度场分布

9月下旬至10月中旬，桂东北地区925 hPa高空温度分布在12—27℃之间(图4)，2007至2009年9月下旬至10月中旬副高相对常年偏西、偏强，使得温度较常年有所偏高，主要在20—24℃，进而回迁虫量较多;而对于副高较弱的2010年，冷空气的影响较偏南，使得日平均温度在20℃以下，回迁虫量也较少。并且桂东北稻区第7代褐飞虱的诱虫高峰期主要集中在9月底至10月上旬，而这段时期925 hPa高度日平均温度较高，10月中旬日平均温度开始下降，主要在21℃以下，并且这时的诱虫量也开始减少。据此可以推测认为秋季日平均温度低于20℃时，褐飞虱的虫情发生将不会太严重。

图4 2007—2010年925 hPa 26°N，111°E的等压面日平均温度变化Fig.4 Time variations of daily temperature in 26°N，111°E at 925 hPa from 2007 to 2010

2.3.3 2007至2010年9月下旬至10月中旬925 hPa的大气风场动态

由于每年副高强度不一致，使得东北气流在每年的动态有所不同，从时间-纬度剖面图上可以看出(图5)，华南地区925 hPa高度在2007年和2009年盛行相对比较稳定的东北气流，并且这两年褐飞虱的迁飞虫量较多;而对于褐飞虱虫量较少的2010年，925 hPa高度东北气流持续风向不稳定，总是有偏南气流的扰动，并且风速相对较小。

2.3.4 2007年至2010年9月下旬至10月中旬的垂直气流及降雨情况

9月下旬至10月中旬，桂东北地区的垂直气流比较微弱，2007至2009年的最大迁飞峰日垂直气流都是微弱的下沉气流(图6)，最高只有0.1 Pa/s，2010年的垂直气流稍微较强，可以达到0.2 Pa/s;观测点2007年至2009年迁飞期间主要是微弱的下沉气流，而对于褐飞虱发生量较轻的2010年迁飞期间出现上升气流的天数占到64%，可见微弱的下沉气流比较有利于褐飞虱的秋季回迁。

桂东北地区9月下旬至10月中旬期间的降雨天气很少，雨量一般在小雨级别，2008年和2009年都只有四五天的降雨天气，而2010年降雨天气占到43%，其中有3d的中雨天气过程。对于每年的最大迁飞峰日来说(图7)，也只有2010年出现了小雨天气，其他最大迁飞峰日都是出现在无雨的天气，可见无雨天气比较有利于褐飞虱的秋季回迁。

3 结论与讨论

3.1 桂东北稻区第7代褐飞虱迁飞规律

褐飞虱春、夏季向北迁飞有5个过程，秋季又有3次向南回迁［1］。桂东北稻区第7代褐飞虱的迁飞属于秋季的最后两次回迁，每年的诱虫高峰期主要集中在9月底至10月上旬，迁入期主要在9月底至10月初，迁出期主要在10月上中旬，但是在年度间存在着一定的差异，表现在迁入和迁出峰期有所不同，且迁飞虫量也存在很大的变化。湖南中东部和江西中西部是第7代褐飞虱主要的迁入虫源地，本地起飞的褐飞虱飞行一夜主要降落在广西中部稻区，飞行能力超过12 h的种群能到达广西南部沿海、越南北部和海南稻区等褐飞虱的安全越冬地。回迁到越冬地的虫群能为来年迁入我国的初始虫源提供虫源基数，在每年预知秋季迁飞量多的情况下，应该采取一定措施压低褐飞虱向越冬地回迁的虫量，减少越冬虫源。

图5 2007—2010年925 hPa等压面风场沿111°E的时间-纬度剖面图(m/s)Fig.5 Time-latitude profiles of wind fields along 111°E at 925 hPa from 2007 to 2010(m/s)

3.2 气象因素与第7代褐飞虱迁飞的关系

巫国瑞等通过对1977—1983年褐飞虱猖獗因素的研究发现［22］，晚稻虫口高峰与9月份的温度关系很密切，气温高则虫口多，气温低则虫口少。胡高等研究认为全球变暖导致“暖秋”频率极高且可能成为常态［23-24］，使褐飞虱后期迁入成为中、晚稻的极大威胁。本文研究发现在1a中温度较高的9月底至10月初褐飞虱虫量较高，不同年份中温度较高的年份褐飞虱虫量也相对较高，初步认为秋季日平均温度20℃是褐飞虱虫量发生严重与否的一个界限。据此可以在每年预测大气活动情况的前提下预测温度，进而对褐飞虱的发生量进行预测预报。

邓望喜在秋季航捕褐飞虱时发现多个风向都能捕得褐飞虱［11］，但东北风是其回迁的主要运载气流，本文通过4a的观测发现，在925 hPa东北气流比较稳定的2007和2009年褐飞虱灯诱量较多，而对于总是有偏南气流干扰的2010年褐飞虱虫量明显减少。褐飞虱秋季向南回迁到越冬地具有重要的生态学意义，能为来年的种群提供虫源基数，而东北气流是其向南飞行的运载气流;在东北风发生变化的情况下，褐飞虱有可能不向南迁，而发生随气流乱迁的现象，这种飞行对褐飞虱种群意义不大，因此在秋季偏南气流较多的年份，桂东北稻区褐飞虱的虫量较少。

图6 2007—2010年褐飞虱最大迁飞峰日925 hPa的垂直气流分布场(Pa/s)Fig.6 Vertical velocity of the most numbers migratory peak periods of brown planthopper at 925 hPa from 2007 to 2010(Pa/s)

褐飞虱在春、夏季的迁飞，降雨和强下沉气流是迫使其集中降落的主要原因［5-6，25-26］，江广恒等在研究褐飞虱南迁时发现［27］，降水对褐飞虱的南迁迁入有一定的作用。桂东北地区秋季受东亚季风环流的影响，降雨量较小，垂直气流也比较微弱，通过比较4a的观测结果发现，对于上升气流较多的2010年褐飞虱发生量较轻，与其他3a相比，2010年的降雨天气也较多，但是诱虫高峰期一般也出现在无雨的天气，可见秋季微弱的下沉气流和无雨天气比较有利于褐飞虱的迁飞。

3.3 高空探照灯对褐飞虱诱集作用的探讨

高空探照灯作为一种诱集高空虫群的有效手段，近年来被广泛用来诱集空中迁飞虫群［10，28-32］，并辅助雷达目标的判断，取得了一定的成就。本文采用高空探照灯诱集空中褐飞虱迁飞虫群，由于高空探照灯对空中至少500 m以内的虫群具有诱杀作用，因此在褐飞虱迁飞活动高峰期，高空探照灯能诱集迁飞过程各阶段的褐飞虱，佳多灯由于加了防雨罩和亮度较低，只能诱杀地面的褐飞虱，通过高空探照灯与佳多灯的虫情进行比较，并结合田间虫情，进而可以判断褐飞虱的迁飞性质。通过诱虫结果发现，高空探照灯对褐飞虱的诱集峰期多于佳多灯，并且诱集量远大于佳多灯，各植保部门可以考虑用高空探照灯作为监测防治褐飞虱的一个工具。

褐飞虱的秋季回迁是一个复杂的过程，在迁入的同时也可能迁出［13］，桂东北稻区作为褐飞虱迁入与迁出的中转站，对了解褐飞虱的迁飞动态有重要的地理意义，本研究仅以广西兴安县为例分析了2007年至2010年桂东北稻区第7代褐飞虱的迁飞规律，今后还需要扩大研究范围，从时间和空间上进行更大尺度的迁入与迁出的案例分析，从而全面阐明桂东北稻区第7代褐飞虱的迁飞规律。

图7 2008—2010年褐飞虱最大迁飞峰期的日降雨量分布图Fig.7 Daily rainfall distribution of the most numbers migratory peak periods of brown planthopper from 2008 to 2010

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