当前及未来气候环境下苏州市稻水象甲入侵风险研究

张颖，章超斌，郝建华，顾海涛

（1.常熟理工学院生物与食品工程学院，江苏常熟215500；2.南京大学生命科学学院，江苏南京210023）

当前及未来气候环境下苏州市稻水象甲入侵风险研究

张颖1，2，章超斌2，郝建华1，顾海涛1

（1.常熟理工学院生物与食品工程学院，江苏常熟215500；2.南京大学生命科学学院，江苏南京210023）

稻水象甲（Lissorhoptrus oryzophilus）是源自北美的外来入侵害虫，会对水稻产业产生严重的威胁.本研究利用生态位模型结合GIS技术，对入侵害虫稻水象甲在苏州当前和未来气候情景下的入侵风险进行了预测分析.结果表明，在当前气候条件下，稻水象甲在苏州的适生区、边缘适生区和非适生区所占的面积比例分别为13%，81%和6%.在未来气候条件（RCP4.5）下，适生性会进一步提高.

稻水象甲；入侵预警；气候情景；苏州

稻水象甲（Lissorhoptrus oryzophilus）属鞘翅目，象甲科，又名稻水象、稻根象，原产北美洲［1］，其成虫和幼虫均危害水稻，是水稻上的毁灭性害虫.该害虫抗逆性强，耐饥饿、耐低温，繁殖率高，寄生性广播［2］，被国际自然保护联盟列为全球100种最具威胁性的外来入侵生物之一［3］.1988年在中国河北省唐海县首次发现稻水象甲，此后稻水象甲在中国迅速蔓延，截至2010年，该虫已扩散到东北、华北、华东等地的20个省市区的局部地区，且有进一步向周边省份蔓延的趋势，这对中国水稻生产构成了巨大的威胁［3］.稻水象甲在我国一年发生1～2代，发生时期基本和当地水稻生育期一致，主要在4～5 cm的土表层或浅土层.春季天气转暖后（约12℃以上）开始活动，近夏时（20℃以上无雨微风天气）大量飞迁至稻田繁殖后代，卵7 d左右即可孵化为幼虫［4］.

近几年来，我国学者针对稻水象甲的防控预警等开展了不少研究，并取得了一定的进展.例如毛志农等［5］利用CLIMAX模型预测了稻水象甲在我国的连续分布区域及其北界和西界，龚伟荣等［6］和齐国君等［7］分别利用Arcview和MaxEnt模型分析预测了稻水象甲在我国的潜在分布范围.然而，近几十年来全球气候变化现象愈加引人关注，在气候变化的背景下，稻水象甲在我国各地区的适生情况可能会发生改变.

目前，苏州市尚未发现该入侵种，但了解其在苏州的潜在入侵风险，预先建立防御机制，对当地的生态安全和粮食安全有重要意义.

本研究结合气候数据、物种分布数据，利用生态位模型MaxEnt及GIS技术对稻水象甲在苏州的入侵风险进行预测分析.

1　数据方法

1.1数据

气候数据来自Worldclim数据库所提供的主要服务于物种分布模拟的Bioclim数据集，包含与温度、水分相关的19个生物气候因子（表1）.本研究共采用了两组气候数据：对于当前适生区的模拟采用的“当前状况”（Current Conditions 1950—2000）生物气候数据组（空间分辨率为1 km）；对于未来适生区的模拟采用第5次耦合模式国际比较计划（CMIP5）所提供的RCP4.5情景（空间分辨率为5 km），情景时间为2050年.物种分布数据来自于文献报道［8-13］及物种分布数据库GBIF［14］.

表1　本研究采用的环境变量及苏州范围内两种气候情景对比

1.2方法

空间分析采用美国ESRI公司所开发的全系列地理信息系统平台ArcGIS，版本为10.0；适生区预测模型采用由美国普林斯顿大学AT&T实验室Steven Phillips和Miro Dudik等人所开发的MaxEnt［15］，版本是3.3.3k.MaxEnt模型输出结果为ASCII格式的栅格图层，根据入侵物种对环境的适应程度赋予适生指数，适生指数值域范围为0～1.一般将适生指数从低到高依次分为4个等级，分别为非适生区（0～0.15），边缘适生区（0.15～0.40），适生区（0.40～0.65），高危区（0.65～1）.

2　结果

2.1在当前气候条件下稻水象甲在苏州的适生性分析

对在当前气候条件下稻水象甲在苏州的适生性预测分析结果表明（见图1），稻水象甲在苏州的适生值范围为0.06～0.64.全区6%的地区为非适生区，主要位于苏州西北地区和南部太湖沿岸地区；有81%的地区为边缘适生区，主要位于苏州中部及南部；有13%的地区为适生区，主要位于苏州东北部.而对于整个区域而言，在当前气候环境条件下，稻水象甲对苏州的气候环境条件的适应性比较高.模型基于当前的物种分布信息提取了稻水象甲的生态位信息，结果表明，年均温、最冷季均温及年降水量对于稻水象甲的分布响应最高的值分别为13℃，24℃，4℃和510 mm.

图1　当前气候状况下稻水象甲在苏州的适生性模拟

2.2在未来气候条件下稻水象甲在苏州的适生性分析

对2050年条件下稻水象甲在苏州的适生性预测分析结果表明（见图2），稻水象甲在苏州内的适生值范围为0.03～0.64，空间分布差异明显.全区5%的地区为非适生区，主要位于苏州东南地区；有38%的地区为边缘适生区，主要位于苏州西北部与东南部；有57%的地区为适生区.在2050年的气候条件下，稻水象甲对苏州的适生值的最低值虽稍有降低，但对于整个区域而言，适生值有明显提升.

图2　2050年气候状况下稻水象甲在苏州的适生性模拟

相对于当前气候条件，2050年稻水象甲在苏州的适生情况呈现出：东北部地区的适生值有较明显的提高，在中部地区也有一定的提高.统计并对比当前和未来气候情景下各级适生区在苏州所占比例，结果如图3所示：适生区比例有较大幅度提升（44%），而边缘适生区比例有较大幅度的下降（43%）.

图3　不同气候情景下稻水象甲在苏州市适应性对比

分别统计了在当前和未来气候情景下，稻水象甲在苏州各县区的适生值均值（表2）.结果显示，在苏州10个县市区中，除吴江区外，其他9个县市区的适生值均值均有明显提高，最大增幅可达168.75%（姑苏区），虎丘区和相城区的增幅也比较大（143.75%）.而在吴江区呈现一定的下降（-17.65%）.

表2　当前和未来气候情景下苏州各县区稻水象甲适生值对比

3　讨论

本文利用MaxEnt生态位模型、物种分布数据及气候模型对稻水象甲在苏州当前和未来气候条件下的适生情况进行了预测和分析.齐国君等［7］曾对稻水象甲在全国的适生性进行过预测，对苏州而言，其结果与本文比较一致.而本文使用了空间分辨率更高的气候数据，并考虑了未来气候条件，对苏州市这样的小尺度的研究区域，结果更为精确，对生产实践更具有实际指导价值.

稻水象甲具有多种传播途径，可通过自身的活动如爬行飞翔等，并借助风雨水流等自然扩散，向附近的地区进行短距离扩散；远距离扩散主要借助于人为传带，其中运输工具和调运稻草稻谷是其远距离传播的主要途径［16］.尽管苏州市乃至江苏省内尚未出现稻水象甲的入侵迹象，但江苏周边省份如浙江、安徽和山东均已出现该害虫的入侵报道.苏州市经济发达，与周边地区的物流交通运输频繁密集，并以水稻作为主要粮食作物，因此稻水象甲的入侵风险较大，亟需采取措施防止稻水象甲的进一步蔓延.

当前气候变暖趋势是全球瞩目的焦点问题，气候变化会影响生物入侵的速度和程度，可能导致外来生物大规模入侵与快速扩散［17］.本研究通过对比苏州范围内稻水象甲在当前和未来气候情景下的适生情况，发现适生值在未来将有明显提升.已有研究显示，年均温、最湿月降水、最湿季降水对稻水象甲分布的影响较大［7］.而依据PRC4.5情景，在苏州范围内这些气候因子在2050年都将较现在发生比较明显的变化（例如，年均温将有2.5℃的提升，最湿月降水将有66 mm的提升）.这些变化可能是致使稻水象甲在苏州适生性提高的主要原因.对比当前和未来气候情景，稻水象甲的适生性在姑苏区、相城区和虎丘区的增幅最大，但这些区域多为城市用地，稻田面积极小，因此稻水象甲适生性的升高不会构成危险性.而尤其需要警惕的是稻田面积较大的张家港、常熟和太仓地区，这些地区稻水象甲的适生性也有明显的提高.

致谢：Saurav Bhattacharya博士帮助修改英文题目和摘要，谨表谢忱！

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Risk Assessment of Invasive Lissorhoptrus oryzophilus insuzhou under Current and Future Climatescenarios

ZHANG Ying1，2，ZHANG Chaobin2，HAO Jianhua1，GU Haitao1
（1.School of Biology and Food Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500；2.School of Lifesciences，Nanjing University，Nanjing 210023，China）

Lissorhoptrus oryzophilus，an invasive pest which originated from North America，poses a great threat to rice production.The potential distribution regions of this invasive pest was estimated andstudied under current and future（2050）climatescenarios insuzhou using MaxEnt model and GIS.The distribution patterns of L. oryzophilus insuitable regions，marginal and non-suitable regions were found to be 13%，81%，and 6%respectively，under current climate conditions.The distribution regions of L.oryzophilus are presenting an increasing trend insuzhou under future climatescenario（RCP4.5）

Lissorhoptrus oryzophilus；climate changescenarios；invasive risk；climatescenarios；Suzhou

Q986.1

A

1008-2794（2015）04-0112-04

2015-11-28

苏州市科技计划项目“基于GIS的在全球气候变化及人类活动影响下外来植物病虫害入侵苏州的风险评估与综合防控”（SYN201304）；国家质量监督检验检疫总局科研项目“外来杂草随进境大宗货物传播扩散机制及关键控制技术的研究”（2014IK013）

郝建华，教授，博士，研究方向：外来入侵有害生物，E-mail:jhhao@cslg.cn.