云南白背飞虱标记释放回收试验与轨迹模拟

沈慧梅　李向永　谌爱东　赵雪晴　尹艳琼　吕建平　翟保平　田维奎

(1云南省农业科学院 农业环境资源研究所, 昆明 650205； 2云南省植保植检站, 昆明 650034； 3南京农业大学，南京 210095； 4云南省勐海县植保植检站, 云南 勐海 666200； 5上海市农业技术推广服务中心，上海 201103； #共同第一作者； *通讯联系人， E-mail: shenad68@163.com)



云南白背飞虱标记释放回收试验与轨迹模拟

沈慧梅1,5，#李向永1，#谌爱东1，*赵雪晴1尹艳琼1吕建平2翟保平3田维奎4

(1云南省农业科学院 农业环境资源研究所, 昆明 650205；2云南省植保植检站, 昆明 650034；3南京农业大学，南京 210095；4云南省勐海县植保植检站, 云南 勐海 666200；5上海市农业技术推广服务中心，上海 201103；#共同第一作者；*通讯联系人， E-mail: shenad68@163.com)

沈慧梅, 李向永, 谌爱东, 等. 云南白背飞虱标记释放回收试验与轨迹模拟. 中国水稻科学， 2016， 30(1)： 93-98.

摘要:为了阐明云南省内白背飞虱的迁飞路径，于2012年5月下旬在云南勐海县勐遮镇曼燕村开展了白背飞虱田间种群标记释放回收试验。试验后共收集全省31个站点测报灯下飞虱虫体，经过室内显微镜镜检，确认在耿马站、双江站分别收到标记虫1头、2头。借助美国国家大气与海洋局与澳大利亚国家气象局共同开发研制的大气质点轨迹分析平台模型HYSPLIT和气象图形分析软件GrADS对这两个迁飞过程进行迁飞路径模拟与天气学背景分析。结果表明：1)2012年5月下旬勐海白背飞虱迁出种群可以进入滇西南临沧稻区，白背飞虱的实际迁飞路径与HYSPLIT轨迹模拟结果一致；2)两个迁飞过程中因运载气流不强，迁飞距离均不远，西南气流与东南气流的辐合交汇是导致集中降虫的主要气象因子。这些结果不仅可以明确云南省内白背飞虱的实际迁飞路线，亦可证实通过HYSPLIT轨迹模拟平台进行白背飞虱迁飞路径研究的确是一种简单有效的技术手段。

关键词:白背飞虱； 释放回收试验； 轨迹模拟； 降落机制

白背飞虱是云南稻区最主要的害虫之一，具有远距离迁飞习性。早在1967年，日本昆虫学家朝比奈、鹤岗已在本州岛附近太平洋的科考船上观测到白背飞虱的远距离跨海迁飞行为[1]，随后，岸本良一又在同样的位置以及我国东海海面上进行了十余次的观测，进一步证实了白背飞虱远距离迁飞的事实[2]。在我国20世纪70-80年代，褐飞虱和白背飞虱全国协作组通过全国不同稻区的越冬调查、雌虫卵巢解剖，灯诱、高山、海面、飞机网捕，初步明确了白背飞虱在我国远距离由南向北的往返迁飞习性[3-4]。但是这些研究结果主要涉及我国东半部水稻主产区，在我国西南地区，尤其是云南，因为地理位置和地形因素，稻飞虱的发生情况与东部省份有着很大的不同[3-5]，而且由于历史原因，对稻飞虱的研究深度也远远不及东部省份[5-7]。

白背飞虱是云南稻飞虱中的优势种群，沈慧梅等[8]通过HYSPLIT轨迹平台对2009年云南3-5月份不同地区迁入虫峰进行分析后认为缅甸中北部、泰国北部是云南白背飞虱种群的初始迁入虫源区。蒋春先等[9]用类似的方法对2010年滇东南富宁白背飞虱迁入过程做个例分析的结果也支持这一观点。郑大兵等[10]也用同样的方法对滇东南师宗白背飞虱47次迁入过程做了集中分析，得出滇东南白背飞虱集中降落的天气学因子主要为降雨、风切变和气流垂直扰动。这些关于白背飞虱迁飞过程的结论大多是基于气象因子和水稻生育期进行的推测，虽有一定科学依据，但还是不能让人完全信服。为了彻底摸清云南白背飞虱的迁飞规律，也为了验证HYSPLIT轨迹模拟平台在研究云南稻飞虱迁飞路径中的可信程度，本研究组于2012年5月24日至5月30日在滇南勐海县勐遮镇曼燕村开展了白背飞虱的标记释放以及回收鉴定工作，用试验结果验证白背飞虱在云南的实际迁飞路径，突破研究难点，进而为支持轨迹数值模拟方法研究白背飞虱的迁飞规律提供论据。

1材料与方法

1.1标记释放方法

时间:2012年5月24日至30日(田间长翅成虫占绝大多数);

标记地点:勐海县勐遮镇曼燕村(北纬22.0245°,东经100.2025°,海拔1196 m);

标记液配比[4,11]为V碱性品红∶V阿拉伯树胶∶V紫外荧光粉∶V酒精∶V水=0.25∶0.01∶0.15∶70.00∶29.59。

标记方法：采用1.5 m高的40目网纱将水稻田块圈出10 m2大的两块试验田(两试验田块相距约1.5 km)，每日请工人将附近大田的白背飞虱长翅成虫扫网收集置于试验网块中，每天日落前2h开始，每隔30 min采用背负式超细喷雾器距水稻灌层10 cm左右喷施一次标记液，至日落天黑前0.5 h或降大雨止，虫体着色部位一般在翅膀、背板以及足上。

1.2虫源回收

利用测报灯开展标记虫源的回收工作。提前通知全省31个监测站点，包括临沧市、普洱市、玉溪市、红河州、文山州、昭通市、曲靖市等州(市)有测报灯的监测站点。收集日期：2012年5月23日至5月31日。每天收集灯下飞虱并保存好所有虫体标本后，及时送到云南省农业科学院农业环境资源研究所开展标记虫源镜检工作。

鉴定方法：显微镜镜检。

1.3虫情及气象资料

虫情资料：云南植保总站提供的耿马(23.5405°N,99.3964°E)、双江(23.4720°N，99.8260°E)、勐海(21.9679°N,100.4530°E)2012年5月24-30日逐日灯下数据以及田间系统调查数据。

气象资料：美国环境预报中心 (NCEP) 和国家大气研究中心 (NCAR) 的全球再分析数据(6 h/次，分辨率为1个经纬度，共26个高度层)。

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下载。

1.4轨迹模拟与天气学背景分析方法

根据白背飞虱生物学参数设置参数，采用美国国家大气海洋局NOAA与澳大利亚国家气象局共同研发的HYSPLIT在线轨迹模拟平台进行模拟，最后将轨迹模拟落点通过Visual FoxPro数据库转化后导入ArcGIS轨迹分析模块成图显示。

勐海5月下旬日出日落时间为北京时间6:00和20:00，换算成世界标准时(UTC)为22:00和12:00。本研究中，勐海顺推轨迹的起始时间设为UTC 9:00至11:00(北京时间17:00至19:00)。同理，根据双江、耿马两站点的日出日落时刻，将回推轨迹的起始时间设为UTC 22:00。再根据白背飞虱每天晨暮双峰起飞的特性，假设白背飞虱从当天下午北京时间19:00起飞至第3天凌晨6:00降落，将最长自然迁飞时长设为35 h。

表12012年云南勐海县白背飞虱标记释放回收试验结果

Table 1. Releasing and recapturing test of marked planthoppers(Sogatella furcifera) in Menghai County, Yunnan Province in 2012.

标记释放Markingandreleasing地点Site经纬度Latitudeandlongitude标记时间Markeddate(Month-Day)标记虫量Markednumber回收Recapturing地点Site经纬度Latitudeandlongitude回收时间Recapturedate(Month-Day)回收虫量Recapturenumber距离Distance/km鉴定方法Identificationmethod勐海22.0245°N5-23-5-291382万耿马县23.54°E5-282186显微镜镜检Menghai100.2025°EGengma99.41°NMicroscopeCounty双江23.48°N5-301165显微镜镜检Shuangjiang99.84°EMicroscope

根据滇南稻区5月份的温度条件以及地形特点，天气学背景分析资料采用气象分析显示软件GrADS提取全球格点FNL数据中850 hPa与750 hPa高空的水平流场、温湿度等变量数据，结合模拟轨迹落点对应的气流、温湿度等气象因子对相应时段迁入过程的天气背景进行诊断分析。

2结果与分析

2.1标记释放回收试验结果

2012年5月24日至30日，于勐海县勐遮镇曼燕村连续7 d进行了白背飞虱标记释放试验。此阶段共收到全省31个站点测报灯下的飞虱，通过鉴定，耿马县5月28日测报灯下虫中回收到标记白背飞虱1头，5月30日双江稻田监测灯下发现标记的白背飞虱2头。经镜检鉴定，3只回收到的标记虫着色与标记液一致。勐遮标记释放点距离回收站点双江、耿马直线距离约200 km(表1)，实际捕到标记虫的地点处于HYSPLIT轨迹模拟平台得到的轨迹路线范围内。

2.2轨迹模拟

2.1.1迁出种群顺推轨迹

耿马测报点28日早上收集到的灯下虫应为27日晚上至28日凌晨迁入虫源，以勐海县曼燕村为起点，5月26日9:00、10:00、11:00(北京时间17:00、18:00、19:00)为起始时间，起始飞行高度分别取100 m、200 m和300 m，对迁出的白背飞虱进行轨迹顺推模拟，得到9条顺推轨迹。轨迹结果显示，26日傍晚勐海县曼燕村迁出的白背飞虱种群在运行约26 h后(北京时间27日19点左右)可以到达耿马测报点附近，其中，起始高度为200 m的轨迹最接近真实迁飞路径(图1-A)。

同理，双江测报点30日收集到的灯下虫主要由29日晚至30日凌晨迁入，以勐海县曼燕村为起点，5月28日17:00、18:00、19:00为起始时间，起始飞行高度分别取100 m、200 m、300 m，对迁出的白背飞虱进行轨迹顺推模拟，得到9条顺推轨迹。结果显示，28日傍晚迁出的飞虱种群在13 h可以到达普洱，26 h出境到缅甸东部，35 h后(北京时间30日凌晨6:00)左右才能到达双江测报点上空，其中以100 m为起始高度的轨迹最接近真实迁飞路径(图1-B)。

A-2012年5月26日17：00始； B-5月28日17:00始。

A， From 17:00, 26 May; B， From 17:00,28 May.

图1勐海白背飞虱35 h顺推轨迹及晨昏时刻落点分布.

Fig. 1. Distribution of 35 h endpoints of forward trajectories from Menghai County in 2012.

图2耿马县5月28日06:00回推轨迹及落点分布

Fig. 2. Distribution of endpoints of back trajectories from Gengma County, 06:00, 28 May, 2012.

2.1.2双江、耿马迁入种群轨迹回推

以耿马为起点，2012年5月28日凌晨6:00始，每隔1 h回推1次连续回推8h直至26日19:00，最长轨迹历时35 h。以距地面500 m、800 m、1200 m三个起始高度进行轨迹回推，共得到24条回推轨迹，其中500 m高度所得到的8条轨迹无法到达标记站点(图略)。据800 m、1200 m高度所得的16条轨迹来看，耿马28日凌晨迁入的飞虱虫源主要来自普洱西部以及西双版纳大部稻区，不同起始时刻所得轨迹落点范围不同，其中以800 m高度28日3:00为起始时刻所得轨迹24 h落点与勐海标记释放站点地理位置最接近(图2)。

图3双江2012年5月30日0:00回推轨迹及落点分布

Fig. 3. Distribution of endpoints of back trajectories from Shuangjiang, 0:00,30 May, 2012.

以双江为起点，根据前期轨迹数值模拟结果，特选2012年5月30日0：00为起始时刻至29日晚21:00，每隔1 h回推一次，连续回推4个时刻直至26日19:00，最长轨迹历时29 h。距地面500 m、800 m、1200 m三个起始高度进行轨迹回推，结果显示500 m轨迹无论如何均不经过标记点，故增加1500 m轨迹4条。12条模拟轨迹的35 h落点均集中在西双版纳州，随着轨迹起始时刻的前移，轨迹逐步东移，回推轨迹起始高度增加，轨迹落点逐渐偏东，其中以28日0:00与27日23:00为起始时刻，初始高度为800 m所得到的6条轨迹29 h落点与勐海标记释放点最为接近(图3)。

红线示勐海所在纬度。

Red lines indicate the latitude where Menghai is located.

图42012年5月24-30日勐海标记释放站点上空风温场(A：850hPa高空风场分布； B：750hPa高空温度场).

Fig. 4. Time-latitude profiles of wind fields along 100°E at 850 hPa (A) and that of temperature fields along 100°E at 750 hPa (B) over Menghai during 24-30 May,2012.

图52012年5月28日2:00耿马800 hPa风场(A)和2012年5月30日2:00双江800 hPa风场(B)

Fig. 5. Wind fields at 800 hPa over Gengma at 2:00,28 May,2012(A) and at 800 hPa over Shuangjiang at 2:00,30 May,2012(B).

2.3天气学背景分析

2.3.1勐海标记点天气学背景分析

2012年5月24日至30日勐海上空850 hPa风场显示，从5月23日20:00至25日凌晨，勐海上空一直受偏西气流控制，迁飞虫源的飞行路径不可能向西只能向东；25日6:00，850 hPa高空风向才转为东南向，虽然风速不大(<5 m/s)，但偏东偏南气流一直维持到30日(图4-A),可为勐海监测点标记的白背飞虱提供持续稳定的运载气流。白背飞虱的飞行温度阈值低于褐飞虱，一般认为在12℃，而2012年5月24-30日勐海上空750 hpa高空温度场显示此期间温度均大于16℃，因此，温度在此期间并不影响白背飞虱的飞行(图4-B)，勐海标记点的白背飞虱可以顺利起飞顺着东南气流向西北方向迁飞。

2.3.2回收点天气学背景分析

耿马站点26-28日750～850 hPa高空虽然风向保持为东南向，但风速较小，一直维持在3～5 m/s(图略)，但在28日凌晨2:00，耿马800 hPa高空处于西南气流与东南气流的辐合带上(图5-A)；同理，2012年5月30日凌晨2:00，双江800 hPa上空也出现西南、东南两股气流的辐合(图5-B)，可见，此次集中降虫与气流辐合有关。

3结论

云南全省每年水稻种植面积稳定在100万hm2左右，均匀分布在全省低海拔的河谷地带，白背飞虱是水稻生育期间最主要的害虫。云南地处低纬高原，山高谷深、沟壑相间的地形特点使得开展白背飞虱迁飞路径研究困难重重。沈慧梅等[8]、蒋春先等[9]和郑大兵等[10]已尝试将HYSPLIT轨迹模拟平台与GrADS天气分析显示系统相结合的方法对云南南部的白背飞虱初始虫源进行迁飞路径模拟与降落机制分析，也对云南早期迁入的稻飞虱虫源地进行了一系列研究，但因为云南特殊的地理位置和地形特点，所得出的结果无法得到有效验证。

标记释放回收工作是证实迁飞昆虫实际迁飞路线的最有效方法，曾经在20世纪60-70年代的黏虫远距离迁飞研究中发挥了关键作用。此项工作涉及面广、工作量大、回收过程艰巨、鉴定过程细微，需要多方合作，耗时费力。国内关于褐飞虱与白背飞虱标记释放的工作接连开展过多次，也只有1981年全国协作组获得了成功，其他几次都因收不到标记虫而失败。本研究开展的标记释放回收试验过程也遭遇了种种挑战，凭着天时地利人和最终在标记释放1382万头虫后回收到3头，这种成功复制的可能性极低。 HYSPLIT轨迹模拟平台在本次试验中模拟白背飞虱迁飞轨迹精准到位，被证实简单有效。今后通过模型进行迁飞昆虫的迁飞路径研究应该是迁飞昆虫学研究的大势所趋，只需了解迁飞昆虫的行为特征，单独设定好参数，就可以借助气象数据快速精准地模拟其具体迁飞路径，节省大量人力、物力。

由上文分析可知，2012年勐海5月下旬迁出的白背飞虱种群随着东南气流迁入到滇西南临沧上空，与来自西南方向的气流交汇，降虫区耿马和双江正好位于两股气流的幅合区。实际降虫区与通过HYSPLIT轨迹模拟平台预测的结果一致。此次的标记回收试验已经证实了HYSPLIT轨迹模拟在研究稻飞虱迁飞路径方面确有科学依据，但HYSPLIT只能模拟气流的走向，而迁飞昆虫的集中降落往往与天气条件有关，所以在利用这个轨迹平台模拟的同时，除了要将目标虫的生物学参数设置好，还要将模拟结果与途经地区的天气条件结合起来共同分析，三者结合才能较为精准地判断迁飞昆虫主降区的范围。

本研究中滇南、滇西南稻区地势高低不平，沟壑相间，地形情况复杂，此次标记释放回收试验中涉及到的地区范围有限，此阶段的工作只能证实HYSPLIT平台在滇西南部分地区比较适用，是否能用于更大范围稻区，还需要今后继续分析验证。

谢辞：在进行标记释放期间，得到云南全省8个地州31县[西双版纳州、临沧市、普洱市、玉溪市、红河州、文山州、昭通市、曲靖市等州(市)]植保植检站协助收虫，在此一并致谢！

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[11]首章北.稻飞虱染色标记回收方法简介.昆虫知识, 1980, 17(2):90-91.

Shou Z B. Introduction of the test on releasing and recapturing of marked planthoppers.EntomolKnowl,1980,17(2):90-91.(in Chinese)

Releasing and Recapturing Test of Marked Planthoppers(Sogatellafurcifera) and Its Trajectory Simulation in Yunnan Province，China

SHEN Hui-mei1,5，#, LI Xiang-yong1，#, SHEN Ai-dong1，*, ZHAO Xue-qing1, YIN Yan-qiong1, LV Jian-ping2, ZHAI Bao-ping3, TIAN Wei-kui4

(1Institute of Environmental Resources, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205，China；2Yunnan Plant Protection and Quarantine Station, Kunming 650034，China;3Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095， China；4Plant Protection Station of Menghai County, Yunnan， Menghai 666200，China;5Shanghai Agricultural Technology Extension Service Center, Shanghai 201103，China;#These authors contributed equally to this work;*Corresponding author, E-mail: shenad68@163.com)

SHEN Huimei, LI Xiangyong, SHEN Aidong, et al. Releasing and recapturing test of marked planthoppers(Sogatellafurcifera) and its trajectory simulation in Yunnan Province，China. Chin J Rice Sci, 2016, 30(1): 93-98.

Abstract:Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model and Grid Analysis and Display System (GrADS) were used to elucidate the migration path and landing mechanisms of white-backed planthoppers(Sogatella furcifera Horváth). Adult planthoppers in Menghai county， Yunnan Province were marked using spray method and released for 7 consecutive days from 24(th) May to 30(th) May, 2012. Subsequently, lamp trap method was used to collect the marked adults at 31 County sites of Yunnan. Microscopic analysis verified that one marked adult was collected at Gengma site, and two at Shuangjiang site. In late May, planthoppers can migrate from Menghai to Lincang site and the actual migration path was consistent with the HYSPLIT-simulated path. The migration distance of the two marked planthoppers was short because of the slow wind speeds. The convergence of southwest and southeast airflow was the main meteorological factor for the concentrated landing. These results demonstrated that planthoppers at Menghai rice producing areas were the source of planthoppers at Lincang rice producing area. We also verified that HYSPLIT is a simple and effective method to simulate the migration path of planthoppers.

Key words:Sogatella furcifera; releasing and recapturing test; trajectory simulation; mechanism of landing

文章编号:1001-7216(2016)01-0093-06

中图分类号:S435.112+3

文献标识码:A

基金项目:NSFC-云南联合基金资助项目(U1202266)；云南省应用基础研究计划资助项目(2011FB123)；农业公益性行业科研专项(200903051)；云南省现代农业水稻产业技术体系资助项目。

收稿日期:2015-08-03； 修改稿收到日期: 2015-09-23。