气象因子对海南稻飞虱发生的影响

白 蕤，李 宁，张 蕾，钟曼茜，陈汇林，刘少军，王 斌

（1.海南省气象科学研究所/海南热带农业气象试验站，海南 海口　570203；2.中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海南 海口　571101；3.国家气象中心，北京　100081；4.海南大学园艺园林学院，海南 海口　570228）

气象因子对海南稻飞虱发生的影响

白 蕤1，李 宁2，张 蕾3，钟曼茜4，陈汇林1，刘少军1，王 斌1

（1.海南省气象科学研究所/海南热带农业气象试验站，海南 海口570203；2.中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海南 海口571101；3.国家气象中心，北京100081；4.海南大学园艺园林学院，海南 海口570228）

基于1961—2010年海南18个气象站点气象资料、海南稻飞虱发生资料以及水稻种植面积等资料，采用相关分析方法、多元回归方法对海南水稻稻飞虱发生面积与气象因子的关系进行研究，量化了气象因子变化对稻飞虱发生的影响。结果表明：近50年来，海南稻飞虱发生面积以平均104hm2/10a的速度增长，其发生面积率距平与年平均温度、年高温日数、年降水量、年平均降水强度和年暴雨日数距平呈显著正相关；与年日照时数、年平均风速、年平均相对湿度距平呈显著负相关。与中国其他稻作地区相比，海南稻飞虱发生面积率与温度的相关性较弱，与降水的相关性更强。

气象因子；海南；稻飞虱；温度；降水

白蕤，李宁，张蕾，等. 气象因子对海南稻飞虱发生的影响［J］.广东农业科学，2016，43（8）：90-97.

据统计，世界粮食产量每年因虫害损失18%，因病害损失16%，其中水稻占37%［1］。水稻是我国重要的粮食作物之一，年种植面积约为3×107hm2，占粮食作物种植面积近18%，水稻产量占粮食总产量的34%。稻飞虱是我国水稻种植区普遍发生的虫害之一，是制约水稻高产、稳产的主要因素。20世纪50～60年代稻飞虱在我国长江流域部分省份的早、中稻上间歇发生，进入70年代以后稻飞虱的危害日益严重，80～90年代末，平均每3年有2年发生危害加重的现象。21世纪以后，稻飞虱占水稻病虫害发生面积的18%，为发生面积最大的害虫［2-3］。

稻飞虱的发生、消长和成灾，不仅与水稻的品种、耕作栽培制度和肥水管理有关，还与气象条件关系密切［4-7］，尤其是受温度、降水等基本气象因子影响较大［8］。关于气象因子对稻飞虱的研究主要集中在两个方面：（1）基于全国病虫害数据的统计方法研究，张蕾等［9］用1961—2010年全国农区527个气象站点气象资料、全国病虫害资料以及农作物种植面积等资料，采用相关分析法分析了气象要素变化对虫害发生的影响；赵淼等［10］利用农作物播种面积和病虫害发生面积的统计数据，分析我国近20年来农作物病虫害的时间变化趋势和空间分布特征，同时探讨农作物病虫害发生与气候因素的关系。（2）基于区域稻飞虱的研究主要侧重于其预测，刘文栋等［11］利用其近20年来地面气象观测站气候资料及贺州市八步区植保站相应年份水稻病虫害资料，通过统计方法分析几大气候因子历年来变化对水稻病虫害发生发展趋势影响；黄珍珠等［12］采用相关分析法对广东1992—2009年水稻稻飞虱发生面积率与同期地面气象因子进行研究，采用两段最小二乘法、曲线回归方法分别建立6、9月份广东省稻飞虱发生面积率长期预测模型。

海南位于中国的最南端，属热带季风性气候，全年温热给稻飞虱提供良好的生存繁殖和越冬的气候环境。1987年4月下旬，海南琼海、陵水等地早稻局部田块稻飞虱虫口百丛密度达1 000～4 500头，最高达1.5万头，并有相当多的田块出现“穿顶”［13］。2006年8月中下旬，海南万宁、琼海等地正处分蘖期的晚稻，稻飞虱虫口百丛密度为500～4 000头，最高达2万头，稻株全部枯干倒伏，颗粒无收［14］。王月姣等［15］调查了文昌市稻飞虱的发生规律，并从虫源、气候、品种、肥水管理等方面分析了稻飞虱成灾发生的原因。肖彤斌等［14］分析了海南稻飞虱发生特点及成灾原因，并提出了相应的防治措施。目前，海南稻飞虱的研究多是定性、机理性的描述，或是部分区域、站点的针对性研究，缺少大范围、长年代发生趋势及气象因子作用的系统性研究。本研究基于海南长年代稻飞虱统计事实，定量分析致使海南稻飞虱发生的关键气象因子及其影响程度，探讨二者的相关关系，并对海南稻飞虱发生面积率距平进行预测，加大对稻飞虱监测、预警、防治的综合治理提供参考依据，以保证海南的粮食安全和生态安全。

1　材料与方法

1.1资料来源

气象资料来自海南省气象局，包括海南省18个地面气象观测站（不含西沙和珊瑚岛站）1961—2010年日平均气温、降水量、日照时数等的逐日资料。稻飞虱资料来自全国农业技术推广服务中心，包括1961—2010年海南省稻飞虱逐年的发生面积、导致的水稻损失等。水稻面积、产量资料来自于中国种植业信息网，包括1961—2010年逐年的水稻种植面积、总产量等。

1.2试验方法

温度、降水、日照时数等基本气象因子可直接影响稻飞虱的生长发育及其危害能力，是影响稻飞虱发生与灾变的主要环境因子。本研究选取的气象因子主要有平均气温、高温日数、降水总量、年平均降水强度（其值为年降水量/年降水日数）［9］、暴雨日数、日照时数、平均风速、相对湿度。

对气象因子分析时采用因子距平值，方便分析。计算方法如下：设x因子第i年表示为xi（i=1，2，...50），则第i年x因子的50年平均值为：

第i年x因子的距平（除温度距平）为：

第i年x因子的温度距平为：

为消除水稻种植面积对稻飞虱发生面积的影响，将稻飞虱发生面积转化为稻飞虱发生面积率，即稻飞虱发生面积率=当年稻飞虱发生面积/当年水稻种植面积［9］。由此，得出历年稻飞虱发生面积率距平序列。

在此基础上，用相关分析法分析稻飞虱发生面积率与气象因子的相关关系，得到不同气象因子的距平与海南稻飞虱发生面积率距平之间的相关系数：

式中，i=1，2，3，…n，n为样本数，n=50；rxy为x与y之间的相关系数；x与y随着研究的对象而定，、分别为相关系数；xi、yi为历史平均值。

图1　海南稻飞虱发生面积及面积率时间序列

相关系数采用双尾t检验，t检验的计算公式为：

式中，r为相关系数，n为统计样本个数。

选取通过0.05显著性检验的气象因子为预报因子，以海南稻飞虱发生面积率距平作为预测目标，建立多元回归预测模式。使用统计量F对整个回归方程的显著性进行检验。

2　结果与分析

2.1海南稻飞虱发生面积率变化

近50年来，海南稻飞虱发生面积呈显著上升趋势，以平均104hm2/10a的速度增长。从稻飞虱发生面积及面积率年代际变化（图1）来看，稻飞虱发生面积和面积率从20世纪60年代开始呈逐年缓慢增加趋势，1985、1991、1997年呈现不同程度的小高峰，21世纪后呈现显著增加的趋势，到2009年达到最高值，稻飞虱的发生面积达到9.44×104hm2，较80年代以前增加近10倍。

2.2温度变化对海南稻飞虱发生的影响

2.2.1年平均温度变化对海南稻飞虱发生的影响 近50年来，海南年平均气温达到24.17℃。从年平均温度的变化（图2A）来看，整体呈现上升的趋势，以平均0.23℃/10a的速度增长。20世纪60年代初到80年代末，年平均温度距平基本呈现负值，1987年后年平均温度整体呈现上升趋势，1998年达到最高点。

稻飞虱是变温动物，它的体温基本上取决于周围的环境温度，其生殖活动、迁飞行为、种群数量、存活率、寿命等在很大程度上受外界温度所支配［16］。从图2B可以看出，海南稻飞虱发生面积率距平与年平均温度距平之间呈现显著的正相关关系，相关系数达到0.48，通过了0.01显著性检验。海南的年平均温度每增加1℃，稻飞虱发生面积增加4.4×103hm2。

2.2.2年高温日数变化对海南稻飞虱发生的影响 近50年来，海南年平均高温（最高温度≥35℃）日数为17.65 d。从年高温日数的变化（图2C）来看，整体呈现上升的趋势，以平均3.42 d/10a的速度增长。20世纪60年代初到70年代末，年高温日数距平基本呈现负值，80～90年代末，年高温日数距平上下波动，21世纪后年高温日数距平呈现正值，2010年达到最高点。

在温带地区，当温度达到35℃时，稻飞虱孵化率下降，若虫陆续死亡［5］。由于海南地处热带地区，海南稻飞虱可能对高温的有一定的适应性，因此考虑高温日数与稻飞虱发生面积率的关系有一定的意义。从图2D可以看出，海南稻飞虱发生面积率距平与年高温日数距平之间呈现显著的正相关关系，相关系数达到0.4，通过了0.01显著性检验。海南的年高温日数每增加1 d，稻飞虱发生面积增加193.33 hm2。

图2　海南1961—2010年平均温度和高温日数距平时间序列及两者与稻飞虱发生面积率距平关系

2.3年降水变化对稻飞虱发生的影响

2.3.1年降水量变化对海南稻飞虱发生的影响 近50年来，海南年平均降水量为1 786.48 mm，从年降水量的变化（图3A）来看，尽管年降水量波动较大，但整体呈现上升趋势，以平均46.54 mm/10a的速度增长。

降水影响稻飞虱的迁飞能力、体重变化、虫口数量、存活率及发生程度等，有利时起到加速促进作用，不利时则产生抑制作用［17］。从图3B可以看出，海南稻飞虱发生面积率距平与年降水量距平的关系较明显，相关系数为0.27，通过了0.05显著性检验。海南年降水量每增加1 mm，海南稻飞虱发生面积增加4 hm2。

2.3.2年平均降水强度的变化对海南稻飞虱发生的影响 从年平均降水强度的变化（图3C）来看，近50年来，整体呈现明显的上升趋势，以平均0.67 mm/d·10a的速度增长。20世纪60～70年代末年平均降水强度距平呈现负值，80年代末开始降水强度呈现上升趋势，其距平为正。

降水有利于稻飞虱的降落，尤其是强下沉气流，可使稻飞虱种群大量降落［8］。但降水强度大，部分田间害虫的死亡率明显增加，导致虫口密度显著降低［18］。从图3D可以看出，稻飞虱发生面积率距平与年平均降水强度距平呈显著正相关，相关系数为0.45，且通过了0.01显著性检验。海南的年平均降水强度每增加1 mm/d，海南稻飞虱发生面积增加76 hm2。

2.3.3年暴雨日数的变化对海南稻飞虱发生的影响 近50年来，海南的年平均暴雨日数为8.51 d，从年暴雨日数的变化（图3E）来看，整体呈现波动的上升趋势，以平均0.57 d/10a的速度增长。

随着年暴雨日数的增加，有利于稻飞虱的迁入、种群数量的增长、为害程度加重［13］，稻飞虱的发生面积率呈一定的上升趋势。从图3F可以看出，海南稻飞虱发生面积率距平与年暴雨日数距平呈显著正相关，相关系数达到0.32，通过了0.01显著性检验。海南的年暴雨日数每增加1 d，海南稻飞虱发生面积增加684 hm2。

图3　海南1961—2010年降水量、降水强度和暴雨日数距平时间序列及三者与稻飞虱发生面积率距平关系

2.4年日照时数的变化对稻飞虱发生的影响

近5 0年来，海南年平均日照时数为2 080.89 h。从年日照时数的变化（图4A）来看，年日照时数整体呈现下降趋势，以平均48 h/10a的速度下降。20世纪60年代开始逐年减少，距平由正转负发生在90年代初。

光照对稻飞虱的取食、栖息、交尾、产卵等行为有关［5］。从图4B可以看出，稻飞虱发生面积率距平与年日照时数距平呈显著负相关，相关系数为-0.43，且通过了0.01显著性检验。海南的年日照时数每增加1 h，海南稻飞虱发生面积减少1.8×103hm2。

2.5年平均风速的变化对稻飞虱发生的影响

海南为热带季风海洋性气候，台风发生频繁，为稻飞虱的迁入创造了有利的条件，旋转气流将各地的稻飞虱虫源不断卷入台风环流中，并由上升气流送往高空，跟随台风移动而迁移，再由云中降水及下沉气流迁入发生地，加之迁入峰次频繁，迁入量高，造成田间稻飞虱的虫量猛增［14］。故考虑最大风速，研究发现最大风速距平与稻飞虱发生面积率距平的关系不明显。

由于风是影响稻飞虱迁移扩散的重要因子［5］，因而考虑平均风速。近50年来，海南年平均风速为2.18 m/s，从年平均风速的变化（图4C）来看，年平均风速整体呈现下降趋势，以平均0.18 m/s·10a的速度下降。20世纪80年代中期，年平均风速距平由正转负。稻飞虱发生面积率距平与年平均风速距平呈显著负相关（图4D），相关系数为-0.45，且通过了0.01显著性检验。海南的年平均风速每增加1 m/s，海南稻飞虱发生面积减少2.5×103hm2。

2.6年平均相对湿度的变化对稻飞虱发生的影响

近5 0年来，海南年平均相对湿度为82.49%，从年平均相对湿度的变化（图4E）来看，年平均相对湿度整体呈现下降的趋势，以平均0.6%/10a的速度下降。年平均相对湿度距平从21世纪初期由正转负。

湿度影响着稻飞虱的存活率、数量、甚至体重的变化［5］。从图4F可以看出，稻飞虱发生面积率距平与年平均相对湿度距平呈显著负相关，相关系数为-0.6，且通过了0.01显著性检验。海南的平均相对湿度每增加1%，海南稻飞虱发生面积减少210.67 hm2。

2.7海南稻飞虱发生面积率距平的长期预报模式的建立

随着全球气候变化，影响海南的气象因子也在变化，海南稻飞虱发生面积不断增加，危害加重。为此，本研究使用1961—2010年相关性较好的8个气象因子（平均温度、高温日数、降水量、降水强度、暴雨日数、日照时数、平均风速、相对湿度）的距平和1961—2010年海南稻飞虱发生面积率距平，建立海南稻飞虱发生面积率距平的多元回归预报模式：

图4　海南1961—2010年日照时数、平均风速和相对湿度距平时间序列及三者与稻飞虱发生面积率距平关系

式中，y为海南稻飞虱发生面积率距平，x1为平均温度距平，x2为高温日数距平，x3为降水量距平，x4为降水强度距平，x5为暴雨日数距平，x6为日照时数距平，x7为平均风速距平，x8为相对湿度距平。所建模式均通过了0.001显著性检验。

3　结论与讨论

本研究运用1961—2010年海南气象数据和稻飞虱发生面积等数据，分析了平均温度、高温日数、降水量、降水强度、暴雨日数、日照时数、平均风速、相对湿度8个基本气象因子与海南稻飞虱发生面积的关系，提出了海南稻飞虱发生与各气象因子的关系，并使用相关性较好的8个气象因子（平均温度、高温日数、降水量、降水强度、暴雨日数、日照时数、平均风速、相对湿度）的距平和海南稻飞虱发生面积率距平，建立海南稻飞虱发生面积率距平的多元回归预报模式，得到了这些气象因子的变化对海南稻飞虱的发生影响的量化事实。近50年来，海南稻飞虱发生面积呈显著上升趋势，以平均 104hm2/10a的速度增长；平均温度以0.23℃/10a的速度增长，高温日数以平均3.42 d/10a的速度增长，降水量以46.54 mm/10a的速度增长，降水强度以0.67 mm/d·10a的速度增长，暴雨日数以平均0.57 d/10a的速度增长，日照时数以48 h/10a的速度下降，平均风速以0.18 m/s·10a的速度下降，相对湿度以0.6%/10a的速度下降。稻飞虱发生面积与年平均温度、年高温日数、年降水量、年平均降水强度、年暴雨日数呈显著正相关，相关系数分别为0.48、0.4、0.26、0.45、0.32；与年日照时数、年平均风速、年平均相对湿度呈显著负相关，相关系数分别为-0.43、-0.45、-0.6。年平均温度、年高温日数、年降水量、年平均降水强度、年暴雨日数每增加1℃、1 d、1 mm、1 mm/d、1 d，海南稻飞虱发生面积增加4.4×103、193.33、4、76、684 hm2；年日照时数、年平均风速、年平均相对湿度每减少1 h、1 m/s、1%，海南稻飞虱发生面积增加1.8×103、2.5×103、210.67 hm2。

本研究结果是基于海南稻飞虱发生面积与气象因子的统计相关关系得出，主要考虑年平均温度、年降水量、年平均降水强度、年日照时数、年平均风速、年平均相对湿度8个气象要素变化对海南稻飞虱的影响。基于不同环境要素的变化，尤其是不同气象因子变化时候，对海南水稻的影响比较复杂，因此本研究仅考虑单一气象因子的变化，未综合两个及其以上的基本气象因子进行分析，如吕芬等［19］提到的温雨日数和晴雨日数等复合因子。由于各区域稻飞虱的发生、发展、流行的要求不尽相同，因此气象环境的影响程度也不同，这可能导致结果与部分研究结论与前人的研究存在一定差异。

张蕾等［12］近50年全国农作物病虫害发生面积率与年平均温度、日照时数、降水量等气象因子的正负相关性的研究结果与本研究结果一致，但是相关系数的值存在差异，全国农作物病虫害发生面积率距平与年平均温度和年日照时数的距平相关系数分别为0.82和0.8，较本研究的值0.48和0.43高；与年降水量距平的相关系数值接近0，较本研究的值0.26低。由于海南地处在热带，光热充足、降水充沛，受气候环境的影响，温度和日照时数对稻飞虱发生的影响没有中国其他稻作区（特别是温带省份）那么明显，降水量对稻飞虱发生面积的影响反而更显著。

海南各地水稻种植时间不一致，差异较大，但周年均有水稻种植，因此，本研究以年为时间单位，分析得到海南稻飞虱发生面积与不同气象因子存在显著的相关性，一定程度上反映稻飞虱的发生范围有扩大的趋势。但是，没有考虑人类生产活动造成的影响，如耕作栽培制度、肥水管理等，以及稻飞虱的迁移路径等一系列问题有待进一步研究。

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（责任编辑 杨贤智）

Influences of meteorological factors on rice planthopper occurrence in Hainan province

BAI Rui1，LI Ning2，ZHANG Lei3，ZHONG Man-xi4，CHEN Hui-lin1，LIU Shao-jun1，WANG Bin1
（1.Hainan Institute of Meteorological Science /Hainan Tropical Agrometeorological Experimental Station，Haikou 570203，China；2.Environment and Plant Protection Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Haikou 571101，China；3.National Meteorological Center，Beijing 100081，China；4.College of Horticulture and Landscape Architecture，Hainan University，Haikou 570228，China）

Based on the observation data of 18 meteorological stations，as well as the diseases and rice planthopper data and planted rice areas data in Hainan in 1961-2010，by the method of correlation analysis and the multiple regression，this paper analyzed the effects of meteorological factors changes on occurrence of rice planthopper. The results showed that the rice planthopper occurrence area had an average increase of 104hm2every 10 years in Hainan in recent 50 years. There were significant positive correlations between the rate anomaly of rice planthopper occurrence area and that of mean annual air temperature，high temperature days，precipitation，precipitation intensity and rainstorm days. The rate anomaly of rice planthopper occurrence area had significant negative correlations with that of annual sunshine hours，average speed of wind and relative humidity.Compared with other rice cropping regions in China，the temperature presented a weak correlation，while the precipitation presented a strong correlation with the ratio of rice planthopper occurrence area in Hainan.The risk zoning result in the research is basically consistent with the actual production in tropical regions.

meteorological factor ；Hainan；rice planthopper；temperature；precipitation

S435.112+.3

A

1004-874X（2016）09-0090-08

2016-06-16

国家公益性行业（气象）科研专项（GYHY201206019）；国家自然科学基金 （41465005，41265007） ；海南省气象局青年基金 （HNQXQN201504）

白蕤（1991-），女，硕士，助理工程师，E-mail：br118@sina.com