基于松墨天牛种群动态及其影响因素分析的松材线虫病风险评价

庞 帅，陈本文，陈桂芳，许林安，董昌平，周浩楠，安 伟，白耀宇

(1西南大学 植物保护学院，重庆 北碚 400715；2重庆市林业科学研究院，重庆 沙坪坝 400036；3重庆市綦江区林业局，重庆 綦江401420；4重庆市渝北区林业局，重庆 渝北 631120)

松墨天牛(MonochamusalternatusHope)隶属鞘翅目天牛科，又名松褐天牛，是我国松林常见的重要蛀干害虫，也是松材线虫(Bursaphelenchusxylophilus)的主要媒介昆虫。松墨天牛成虫在营养补充期啃食松树嫩梢造成寄主生理衰弱，其幼虫钻蛀树干导致松树枯死[1-2]；而松材线虫作为外来入侵的林业检疫害虫，易致松林短期内大面积死亡，对我国主要针叶绿化树种造成的经济损失和生态影响巨大而深远[3-5]。

目前，寻求高效、低毒、低残留、无公害的化学和植物源杀虫剂，并配合生物防治技术和营林措施的综合治理方式，是成虫期松墨天牛防控的发展方向之一[5-8]。其中，利用化学引诱剂诱杀松墨天牛成虫和监测其种群数量动态的方法在生产实践中已得到了深入研究和广泛应用，该方法既能有效降低成虫的种群数量和危害，也能积极控制松材线虫病的侵染和扩散传播[7-11]。目前，有关影响松墨天牛发生的环境因素虽然已有一些研究报道[12-15]，但这些研究均以少量的诱捕器定点小尺度范围监测为主，且对部分因素的影响结果尚存争议，如郁闭度和林型等[13-14]，而利用该虫的发生量、环境因素、携带的线虫数与枯死松树的数量等综合因子系统评估松材线虫病灾变风险的研究鲜有报道。尽管松墨天牛及其携带的松材线虫的长距离传播主要由人为因素引起，但研究认为，松材线虫传播到一个新的区域，要能成功定殖、建群和扩展，必须具备感病的寄主植物、携带线虫的媒介昆虫和适宜的环境条件[4]，而未携带松材线虫的松墨天牛在感染松材线虫后衰弱或枯死松树上取食也有传播该病害的风险[16]。总之，除了各地广布的大量寄主植物外，松墨天牛发生量及携带的松材线虫量、环境因素和可能带病的枯死松树都与松材线虫病的发生密切相关。

松墨天牛及其携带的松材线虫在各地爆发危害的差异与各地特殊的小气候和生境密切相关[13-14,17-18]。迄今，重庆有12个区县是松材线虫病的疫区，其中2017年1月国家林业局(http://www.forestry.gov.cn/)发布的松材线虫病疫区公告中首次将重庆市綦江区列入了疫区名单。因此，本研究在重庆綦江区大量定点布设诱捕器诱虫，在此基础上结合环境因素、天牛携带线虫及枯死松树情况等系统评估了松材线虫病的灾变风险，以期为深入研究该虫在当地的成灾机制及防控基础提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

重庆市綦江区位于北纬28°27′～29°11′，东经106°23′～106°55′；地处四川盆地东西盆缘向云贵高原的过渡地带，地形以山地、丘陵为主，地势南高北低，最高海拔1 814 m，最低海拔188 m。该区属亚热带湿润气候区，具有副热带东亚季风气候特点；年均温度18.8 ℃，年均降水量1 070 mm，平均无霜期344 d。全区森林面积1.01万hm2，森林覆盖率46.1%；海拔800 m以上中低山区，林分以各种针/阔叶木本植物为主；海拔500～800 m低山地区，林分以马尾松、柏木、杉木、楠木、泡桐和桉树等乔灌木为主；海拔500 m以下丘陵河谷地区，林分以马尾松、各种阔叶乔木、柏木及经济果树等乔木为主。

1.2 诱捕器悬挂方法及诱捕点设置

APF-Ⅰ型诱剂是一种新型松墨天牛成虫高效化学引诱剂，具有较广泛的地理适应性，是国内用于诱杀松褐天牛成虫的主要诱剂之一，可作为松墨天牛种群动态监测的主要药剂[9]。本研究选用福建省厦门三涌生物科技有限公司生产的APF-Ⅰ型松褐天牛高效诱捕诱芯及诱捕器进行试验。

在全面踏查基础上，根据綦江各林场/镇地形、生境、松林面积及松墨天牛发生情况设置诱捕器。诱捕器用铁丝悬挂于树干上或两树之间，悬挂高度以诱剂罐基部离地面1.5～2.0 m为主，每个诱捕器至少相距100 m以上。同时，详细记录各诱捕器设置点的环境因素，包括海拔、坡位、坡向、林型、树高、胸径、林分密度和郁闭度。诱捕器挂放林地以马尾松纯林、针阔混交林和马尾松/竹子等为主。其中2015年在北部林场、南部林场、松局林场、古南街道、三江镇和篆塘镇等6个林场/镇分别设置诱捕点110，82，18，27，29和120个，总计386个；2016年在上述各林场/镇分别设置诱捕点140，124，15，57，29和120个，总计485个。

需要特别说明的是，重庆市綦江区松材线虫病疫区为古南街道和文龙街道，由于文龙街道只发现了2棵死亡松树，为了抑制该虫从临近虫源地通过诱捕器的引诱迁入和降低其对松材线虫的传播风险，因此未在该街道挂放诱捕器。

1.3 松墨天牛的采集、鉴定、解剖及枯死松树统计

2015年诱捕器挂放时间为4月底，5月16日至8月31日期间7～17 d收虫1次，最后一次从8月30日至9月30日30 d收虫1次，全年共收虫11次。2016年挂放时间为4月中旬，4月25日第1次收虫，所有地点均为0，因此未进行统计分析；之后20～30 d收虫1次，截止10月31日全年共收虫6次。将诱集到集虫筒中的昆虫带回实验室鉴定并统计数量。全区所有诱集点诱捕器的挂放、诱芯的更换以及松墨天牛采收登记均由专人负责。

基于上述2年松墨天牛在6个林场/镇的发生危害情况，于2016年9月初选择天牛扩散危害和松材线虫病疫情严重或风险性高的北部林场、古南街道和篆塘镇进行深入的灾情分析。2016年9月对上述3个林场/镇15个村子160个诱捕器(诱集点)采集的天牛标本进行数量统计；并用调整的贝尔曼(Bearman)湿漏斗分离松墨天牛携带的线虫，同时用体视镜镜检统计线虫的数量。调查和统计2016年全年的枯死松树数量。这15个村子是古南街道的花坝村、连城村、清水村和南山村，北部林场的荣农村、十隆村、顺山村、可乐村、长春村和狮岭村，篆塘镇群乐村、铁马村、联合村、珠滩村和葡萄村。比较分析这些村子天牛的发生量、携带线虫量以及枯死松树数的差异性；在此基础上结合各环境因子对这些村子松材线虫病灾变风险进行聚类分析。

1.4 统计分析

数据分析前，对不同林场/镇的天牛个体数、线虫数量、携带线虫天牛数和枯死松树数量进行lg(x+1)对数转换，对于符合正态分布和方差齐性的数据进行独立样本t检验或ANOVA分析；而对于不服从正态分布和方差齐性的数据，采用非参数检验中Kruskal Wallis单因素ANOVA秩和检验(H)进行总体分析，若有统计学意义(P<0.05)，进一步用该方法中的两两成对比较法进行检验分析。在标准化数据符合正态分布基础上，采用Pearson法进行相关性分析。应用SPSS统计软件包中的因子分析程序对原始数据先进行标准化处理，再进行主成分分析(Principal component analysis，PCA)。同时，利用该软件中的聚类分析程序对3个林场/镇15个村子在松材线虫病灾变风险中的相似性进行系统聚类法分组比较。该聚类法在方法上采用平方Euclidean距离法测量，每两样本间用组间连接法连接。

以上分析及作图采用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 松墨天牛发生量及动态分析

2015年和2016年供试6个林场/镇总共捕获151 480只松墨天牛成虫。2015年各个林场/镇间天牛年发生量差异显著(H=54.37,P<0.05)，其中古南街道年均发生量最大，为57.7头/诱捕器；其次是三江镇、篆塘镇、北部林场、南部林场和松局林场，年均发生量分别是35.5，22.8，19.8，8.7和6.2头/诱捕器(图1)。2016年各个林场/镇间天牛年均发生量差异显著(H=16.93,P<0.05)，其中北部林场年均发生量最大，为52.7头/诱捕器；其次是篆塘镇、三江镇、古南街道、松局林场和南部林场，年均发生量分别是29.3，25.7，21.9，10.3和5.1头/诱捕器(图1)。

2015年和2016年6个林场/镇不同调查时间松墨天牛发生动态分别见图2和图3。

同一年份不同林场/镇相比，图柱上标不同小写字母表示差异显著(P<0.05) Different lower-case letters on different columns at the same year indicate significant difference at the 0.05 significant level图1 重庆市綦江区2015年和2016年各林场/镇松墨天牛年均发生量Fig.1 Comparison of annual average of Monochamus alternatus adults among six forest farms and towns in Qijiang,Chongqing in 2015 and 2016

图2 2015年重庆市綦江区各林场/镇松墨天牛发生动态比较Fig.2 Population dynamics of Monochamus alternatus in different forest farms and towns of Qijiang,Chongqing in 2015

由图2和图3可知，2015年和2016年6个林场/镇各调查时间天牛的采集量均变化明显，且多数林场/镇全年存在2个高峰期。其中2015年，各个林场/镇11个调查时间松墨天牛平均虫量均差异显著(H为32.0～504.0,P<0.05)；北部林场、南部林场、松局林场、古南街道、三江镇和篆塘镇的虫量最高峰和最低谷分别出现在6月30日和5月15日、7月31日和9月30日、6月30日和9月30日、8月16日和5月15日、5月15日和7月13日、6月10日和8月31日，平均虫量分别为27.2和7.6头/诱捕器、13.6和3.5头/诱捕器、11.0和3.5头/诱捕器、73.1和41.1头/诱捕器、87.1和20.9头/诱捕器、26.8和7.9头/诱捕器；各个林场/镇最高峰和最低峰平均虫量均差异显著(H为-15.0～12.0,P<0.05)。2016年各林场/镇6个调查时间天牛平均虫量均差异显著(H为52.0～584.0,P<0.05)；北部林场、南部林场、松局林场、古南街道、三江镇和篆塘镇的平均虫量最高峰和最低峰分别为9月1日和5月30日、8月1日和10月31日、6月30日和10月31日、6月30日和10月31日、9月1日和5月30日、6月30日和10月31日，平均虫量分别为91.0和8.6头/诱捕器、7.7和1.3头/诱捕器、8.7和1.7头/诱捕器、34.5和2.5头/诱捕器、35.1和7.9头/诱捕器、42.0和4.4头/诱捕器；各个林场/镇最高峰和最低峰平均虫量均差异显著(H为-21.22～16.08,P<0.05)。

图3 2016年重庆市綦江区各林场/镇松墨天牛发生动态比较Fig.3 Population dynamics of Monochamus alternatus in different forest farms and towns of Qijiang,Chongqing in 2016

2.2 影响松墨天牛发生的环境因子主成分分析

使用海拔、松林坡位和坡向、林型、树高、胸径、林分密度和郁闭度等8个主要环境因素作为分析供试6个林场/镇松墨天牛发生和危害差异的环境变量。对原有变量进行了相关性分析，6个变量间的相关系数矩阵见表1。

表1 重庆市綦江区不同林场/镇松墨天牛危害差异影响因素的初始变量相关矩阵Table 1 Correlation matrix for factors affecting the damage caused by M.alternatus among different forest farms and towns of Qijiang,Chongqing

注：*表示差异不显著(P>0.05)。AL.海拔；SP.坡位；SA.坡向；FT.林型；HT.树高；DBH.胸径；DT.林分密度；FCC.郁闭度。
Notes:*Indicates no significant difference at the 0.05 significant level.AL.Altitude;SP.Slope position;SA.Slope aspect;FT.Forest type;HT.Height of tree;DBH.Diameter at breast height;DT.Density of tree;FCC.Forest canopy closure.

主成分分析的目的之一是用尽可能少的因子来解释观测到的变量，而主成分的特征根及方差贡献率是选择主成分的依据。由表1中的初始变量相关系数矩阵来看，多个影响因素间的相关系数较大，概率大部分小于0.05，说明影响因素间具有显著的相关性，因此有必要对这些变量进行主成分分析。本研究KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)取样足够度为0.74，可判定利用这些因素进行主成分分析效果尚可；Bartlett的球形度检验概率小于0.01(χ2=1 082.775，P=0.000)，进一步表明各影响因子间存在显著相关性，可进行主成分分析。表2描述了主成分分析初始解对原有变量的总体描述情况。从表2可以看出，前3个主成分的累积方差贡献率达到了79.31%，即一个3因子模型解释了试验数据原始内容的绝大部分信息。

表2 影响重庆市綦江区各林场/镇松墨天牛危害差异的环境因子主成分特征根与方差贡献率Table 2 Eigenvalues and variance contributions of principal components in factors affecting the damage caused by M.alternatus among different forest farms and towns in Qijiang,Chongqing

影响各林场/镇松墨天牛危害差异的环境因子的2个主成分得分分布如图4 所示。由于总方差的49.93%的贡献率来自第1主成分，因此单从轴1(第1主成分)看，影响力大小依次是胸径、树高和林型；从轴2(第2主成分)看，影响最大的是坡位。

图4 影响重庆市綦江区各林场/镇松墨天牛危害差异的各环境因子的主成分载荷图Fig.4 Loading diagram of principal components of factors affecting the damage caused by M.alternatus among different forest farms and towns of Qijiang,Chongqing

以3个主成分的对应特征值占所选取的3个主成分特征值之和的比例作为权重，分别与对应的主成分值相乘后求和得到每个环境因子特征指标的综合分值，然后进行排序，结果如表3所示。由表3可知，环境因子各特征综合指标对各林场/镇松墨天牛发生的指示作用明显不同，综合分值接近且靠前的依次为林型、胸径、郁闭度和树高，表明这4个环境因子对松墨天牛的发生和危害综合影响力最大，是影响各林场/镇松墨天牛发生和危害最为重要的环境因子。

2.3 松墨天牛发生量与其携带的线虫及枯死松树数量的相关性

统计分析古南街道4个村子、北部林场6个村子以及篆塘镇5个村子的天牛发生量、线虫数量(天牛携带的线虫数)、携带线虫天牛数以及枯死松树数量，结果见表4。由表4可知，上述15个村子的天牛发生量、线虫数量、携带线虫天牛数和枯死松树的数量均差异显著(P<0.001)；这4个指标在15个村子中的最大值均出现在古南街道的村子，最小值均出现在篆塘镇的村子。由表5可知，各村子的天牛发生量分别与线虫数量、枯死松树数量显著正相关(P<0.05)；线虫数量与枯死松树数量显著正相关(P<0.05)。

表3 影响重庆市綦江区各林场/镇松墨天牛危害差异的各环境因子的主成分综合值及排序Table 3 Comprehensive values and rank of principal components of factors affecting damage caused by M.alternatus among different forest farms and towns in Qijiang,Chongqing

表4 重庆綦江区各林场/镇主要村子松墨天牛及其携带线虫数和枯死松树数量的差异性分析Table 4 Variance analysis on numbers of M.alternatus,adults carrying nematodes,and nematodes isolated from adults in one trap and dead pine trees among different villages of Qijiang,Chongqing

注：NS和QS以及PT和ZT分别代表古南街道的南山村和清水村以及篆塘镇的葡萄村和珠滩村。
Note:NS and QS,PT and ZT represent Nanshan and Qingshui in Gunan town,and Putao and Zhutan in Zhuantang town,respectively.

表5 重庆綦江区各林场/镇主要村子松墨天牛及其携带线虫数与枯死松树数量的相关性分析Table 5 Correlation among numbers of M.alternatus,its adults carrying nematodes,and nematodes isolated from adults in one trap and dead pine trees in each village of Qijiang,Chongqing

注：*表示差异显著(P<0.05)。
Note:*Indicates significant difference (P<0.05).

2.4 松墨天牛主要发生地松材线虫病的灾变分析

结合北部林场、古南街道和篆塘镇15个村子松墨天牛发生量及各环境因子、线虫数量及枯死松树的数量结果，预测这些村子松材线虫病的灾变风险性，并进行聚类分析，结果如图5所示。由图5可知，古南街道4个村子聚为一类，北部林场全部6个村子和篆塘镇4个村子聚为一类，而篆塘镇葡萄村单独聚为一类。根据目前綦江区实际的疫情分布和风险程度，可判定上述3类分别为松材线虫病主要发生区、高风险区和低风险区。

图5 重庆市綦江区不同林场/镇松墨天牛主要发生村子松材线虫病的灾变风险聚类图Fig.5 Hierarchical cluster on risky degree evaluation of pine wood nematode disease in different villages in Qijiang,Chongqing

3 讨论与结论

3.1 松墨天牛发生量及动态分析

2015年和2016年綦江区松墨天牛调查结果表明，该虫在主要发生林场/镇间存在明显的分布差异，且处于扩散蔓延加剧态势。成虫期是松墨天牛扩散蔓延、传播松材线虫及其危害控制的关键时期，应做好防治工作。2015年松墨天牛数量以古南街道和三江镇最大，但2016年明显向北部林场和篆塘镇扩散，特别是北部林场数量剧增，成为该虫危害的高危区。从发生动态结果看，2015年各个林场/镇成虫均有2个明显发生高峰期，且在5月至9月底均有发生，高峰期主要在6月30日至7月31日。2016年成虫从5月至10月底均有发生，北部林场发生的单峰期极明显且滞后，为9月1日；其他林场/镇均有2个明显发生高峰期，主要集中在6月30日至8月1日。气象因素对松墨天牛的发生和分布有显著影响，其中温度和降水是决定害虫大尺度空间分布格局的主要因素[19-20]；另外，綦江属于喀斯特地貌区，小生境及立地条件变化多样，导致生态小气候差异明显。因此，松墨天牛在各林场/镇年际的扩散危害和发生期的动态变化受当年温度和降水量等气候因素及当地特殊生态小气候和环境因素影响较大，并在较快适应当地小气候后，进一步扩散危害。

3.2 影响松墨天牛发生的环境因子主成分分析

主成分分析结果指出，环境因子对各林场/镇松墨天牛发生的影响作用明显不同，按环境因子的综合影响力大小排序依次是林型、胸径、郁闭度、树高、海拔、坡位、林分密度和坡向。其中前4个因素综合分值接近，影响力最大。由于总方差49.9%的贡献率来自第1主成分，因此单从第1主成分来看，树高和胸径、林型最为重要，影响力大小是胸径>树高>林型。由于松墨天牛种群数量的变化受多种环境因素的综合影响，其与环境因素的关系是多因素综合影响的结果，且结果也非线性对应关系[14]；因此，对上述研究结果的解读不仅要分析单因素的作用，更要重点分析多因素的综合作用。姚松等[13]认为，坡向对松墨天牛诱集量有显著影响，林型和郁闭度对松墨天牛种群诱集数的影响不显著；而其他的研究认为，郁闭度是影响诱集成虫最为重要的环境因子，其次是海拔、坡位、坡向和树高[14-15]。这些报道结果均与本研究结论存在明显差异，其原因可能是这些研究均以少量的诱捕器定点小尺度范围监测为主，而本研究结论是建立在大规模持续定点监测基础上的，因此也更能客观反映实际情况。

3.3 基于松墨天牛种群动态及影响因子分析的松材线虫病风险评价

重庆市綦江区松材线虫病疫区是古南街道和文龙街道。由于古南街道发现了大量枯死松树，而文龙街道只发现了2棵，为了抑制该虫在临近的古南街道等通过取食感染了松材线虫的松木再进一步扩散，同时为了降低诱捕器对该虫的吸引力，减少文龙街道的天牛种群数量，本研究未在文龙街道挂放诱捕器。相关研究指出，未携带松材线虫的松墨天牛在取食了感染松材线虫的衰弱或枯死松树时也可感染松材线虫，这也使其增加了传播松材线虫病并致死松树的可能[16]。松墨天牛及其携带的松材线虫均能导致松树的枯死[1,21-22]；而松墨天牛种群密度与松材线虫发病程度呈正相关[23]。总之，该虫的发生量、松材线虫与枯死松树间存在密切的相关性，通过调查松墨天牛的种群数量就可以预测松材线虫病发生和致死寄主树木的数量以及发生面积[23]。此外，松墨天牛携带的线虫数与其携带松材线虫的数量呈明显的正相关性[24]。在解剖天牛成虫后，发现45.6%的成虫携带松材线虫，且获得的线虫中松材线虫的比例占49.3%[25]；而其他研究发现，从松褐天牛羽化开始到结束，有80%以上的天牛携带松材线虫[26]，且成虫羽化至产卵在松材线虫病林内的存活率为85.7%[27]。其他研究发现，非疫区未携带松材线虫的松墨天牛成虫的平均生存天数和日平均取食面积均高于疫区携带松材线虫的松墨天牛成虫[28]。所以，通过天牛成虫的发生量及其携带的线虫量可以间接预测松材线虫的灾变风险。本研究对松墨天牛发生最严重的3个镇、15个村子的分析结果进一步表明，各地天牛发生量与天牛携带的线虫数及枯死松树数均呈显著正相关关系；各地天牛携带的线虫数与枯死松树数也呈显著正相关关系。总之，本研究利用松墨天牛成虫诱集虫数及其环境影响因子，天牛携带的线虫量与枯死松树数评估了松材线虫在綦江区3镇15个村子的灾变风险，预测了松材线虫的主要疫区，所得结果可作为林业生产实践中疫情分析的重要参考依据。