中哈边境塔城区域迁飞性昆虫雷达观测研究初探

曹凯丽 汪姝玥 于冰洁

摘要 2017年和2018年6月至8月运用KC-08XVSD型昆虫雷达，结合探照灯诱虫器和地面诱虫灯诱捕数据及地面气象数据，分析了中哈边境塔城区域空中昆虫飞行特征及主要类群。结果表明：高空灯共诱捕到昆虫151种，分属12目50科，主要以鳞翅目和鞘翅目为主，地面灯共诱捕到昆虫137种，分属12目54科，主要以鞘翅目、半翅目、双翅目和直翅目为主，其中高空灯下宽胫夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾的种群数量具有突增突减现象。雷达监测结果显示：灯下诱集到大量昆虫时，雷达回波时间主要集中在22：00-02：00，回波高度主要集中在200～600 m，有明显的成层现象和哑铃形回波分布。偏西风天气、风速在1.4～2.9 m/s时高空灯和地面灯诱虫数量较多。研究结果为利用昆虫雷达长期监测中哈边境昆虫迁飞提供基础数据，为深入探讨中哈边境区域害虫迁飞规律和监测预警提供科学依据。

关键词 中哈边境; 雷达观测; 昆虫迁飞; 飞行特征

中图分类號： S 431.9  文献标识码： A  DOI： 10.16688/j.zwbh.2019042

Abstract The KC-08XVSD entomological radar was used to study the flight characteristics and the dominant species of aerial insects in Tacheng area along the China-Kazakhstan border during June-August of 2017 and 2018. The data from entomological radar， search light trap， ground light trap and surface meteorological data were integrated in this study. The experimental results indicated that there were 151 species of insects trapped by search light trap， belonging to 50 families and 12 orders， mainly Lepidoptera and Coleoptera， and 137 species of insects trapped by ground light trap， belonging to 54 families and 12 orders， mainly Coleoptera， Hemiptera， Diptera and Orthoptera. The insects Protoschinia scutosa， Anarta trifolii and Agrius convolvuli showed a phenomenon of sudden change in the number of their populations. The target echoes of entomological radar indicated that， when a large number of insects were trapped by the lamp， there was a significant peak period of target echo density from 22：00 to 02：00， and the migration altitude of insects was mainly concentrated at 200-600 m. Entomological radar screen showed that there were dumbbell-shaped distribution of echoes and layering phenomenon of insects. When the wind direction was westerly and the wind velocity was from 1.4 m/s to 2.9 m/s， more number of insects was trapped by search light and ground light. These results provide a reference for the long-term monitoring of insect migration by using entomological radar in the future， and provide a scientific basis for the further study on the migration rules of pests and the monitoring in the border areas of China and Kazakhstan.

Key words China-Kazakhstan border; radar observation; insect migration; flight characteristics

迁飞是昆虫在时间和空间上躲避不良环境的策略，也是许多害虫大范围突发成灾的原因之一[1-2]。昆虫迁飞多发生在夜间且飞行高度超出裸眼观测范围，导致对其预测预报较难[3-5]。昆虫雷达（entomological radar）接收昆虫身体反射雷达发出的电磁波，并通过回波解算获得空中目标的数量、迁移高度和速度及方向等重要参数[6-7]。国内外学者先后借助昆虫雷达技术对塞内加尔小车蝗Oedaleus senegalensis Krauss、非洲黏虫Spodoptera exempta （Walker）、草地螟Loxostege sticticalis Linnaeus、褐飞虱Nilaparvata lugens Stl和黄地老虎Agrotis segetum（Denis et Schiffermüler）等迁飞害虫的飞行高度、速度和行为进行了研究，对建立迁飞害虫早期预警体系具有重要意义[8-13]。随着现代科学技术的快速发展，昆虫雷达建制技术有了长足进步，昆虫雷达的运转模式已由单一扫描昆虫雷达或垂直监测昆虫雷达模式融合创新出双模式昆虫雷达，在探测精度、盲区缩减、参数丰富度等方面都获得了重要突破，新技术奠定了昆虫雷达开展迁飞性害虫监测预警的应用基础[7，14]。

中国与哈萨克斯坦边境（以下简称“中哈边境”）塔城区域属于温带大陆性气候，具有丰富的植被类型[15]。在适宜的气象条件下，害虫跨境迁飞事件频繁发生，给当地农牧业带来严重损失，该区域已经报道的迁飞性害虫有草地螟、亚洲飞蝗Locusta migratoria migratoria（L.）和意大利蝗Calliptamus italicus（L.）等[16-19]。截至目前，此区域仅有记录迁飞性害虫发生情况，对空中昆虫类群、飞行高度等飞行参数未见报道。本研究在中哈边境塔城区域运用姊妹灯、昆虫雷达、气象站等对空中昆虫进行了监测，经初步分析，首次系统记录了昆虫种类和数量及重点种类在重要时期的昆虫雷达图像特征，结合高空和地面昆虫诱捕及气象数据，分析该区域地面和空中昆虫数量动态变化，明确空中昆虫飞行主要类群和飞行参数，以期为深入探讨中哈边境区域害虫迁飞规律和对其监测预警提供科学依据和技术支撑。

1 研究地点

本研究监测地点位于中哈边境塔城区域“新疆师范大学中亚区域跨境有害生物联合控制国际研究中心野外观测实验站”（以下简称“实验站”，46°38′N，82°52′E，海拔443 m）。该监测点位于库鲁斯台草原（草甸草原），距离中哈边境线约3 km，周围地势平坦开阔，无高大山脉、树林及建筑物的遮挡，优势植物主要有芨芨草Achnatherum splendens（Trin.）Nevski、芦苇Phragmites australis（Cav.）和盐地碱蓬Suaeda salsa（Linn.）Pall.等，农作物主要为玉米Zea mays Linn.和甜菜Beta vulgaris Linn.，耕作制度为一年一熟。

2 材料与方法

2.1 空中种群观测工具

2.1.1 姊妹灯

姊妹灯即高空灯和地面灯，参考张智[20]文中的参数，委托北京普禾泰农业科技有限公司加工制作，并配备时控开关。光源为1 000 W金属卤化物灯泡（ZJD，上海亚明）。

2.1.2 昆虫雷达

本研究使用的KC-08XVSD型双模式昆虫雷达由无锡立洋电子科技有限公司研制生产，此雷达兼具垂直监测昆虫雷达和扫描昆虫雷达功能，并引进双路馈线技术，盲区可降至100 m左右，垂直监测模式观测高度范围约为100～5 000 m，扫描模式下监测范围约3 000 m。

2.2 气象数据

近地面气象数据为中国气象数据网提供的中国地面气象资料日值数据集（V 3.0）。

2.3 研究方法

根据中哈边境塔城区域气候特征及昆虫生长发育期，2017年和2018年研究开展时间为每年的6月10日至8月30日。监测期内，根据监测点日落和日出时间，将每日诱虫时间设置为北京时间22：00至翌日07：00。每日清晨更换诱虫袋，小心取出诱捕袋中的昆虫并进行数量统计和分类鉴定。鉴定主要依据《新疆昆虫原色图鉴》[21]《新疆林木害虫野外识别手册》[22]《中国草原害虫图鉴》[23]《北京灯下蛾类图谱》[24]《中国昆虫生态大图鉴》[25]《农田常见昆虫图鉴》[26]。

雷达观测时，扫描模式下，监测仰角有0°、15°、30°和45°，记录数据格式有PPI（plan position indicator）和3PPI（3 plan position indicator）。此外，如果大量昆虫过境，还使用RHI（range height indicator）模式进行观测。雷达数据采集完成后自动存入电脑，利用非实时程序对数据进行解算，以便后期持续分析。

2.4 数据分析

数据分析使用SPSS 19.0软件，作图使用Origin Pro 8.0软件。

3 结果与分析

3.1 高空灯和地面灯诱虫结果

灯诱结果表明（表1），高空灯和地面灯诱捕昆虫种类差异较大，高空灯诱集到的昆虫主要以鳞翅目和鞘翅目为主，地面灯诱集到的昆虫主要以鞘翅目、半翅目、双翅目和直翅目为主。

高空灯共诱捕到151种昆虫，分属12目50科，2017年诱捕昆虫属26科，天蛾科、夜蛾科和步甲科占主要优势，其中天蛾科以甘薯天蛾Agrius convolvuli（L.）为优势种，夜蛾科宽胫夜蛾Protoschinia scutosa（G.）为优势种，步甲科婪步甲属Harpalus为优势种;2018年诱捕昆虫包括35科，天蛾科、夜蛾科、步甲科、龙虱科、金龟科、鳃金龟科和蟋蟀科占主要优势，其中天蛾科以甘薯天蛾为优势种，夜蛾科以旋歧夜蛾Anarta trifolii（H.）为优势种，步甲科以婪步甲属为优势种，龙虱科以黄缘龙虱Cybister japonicus（D.）为优势种，金龟科以游荡蜉金龟Aphodius erraticus（L.）为优势种，蟋蟀科以草原蟋Gryllus desertus Pallas為优势种。

地面灯共诱捕到137种昆虫，分属12目54科，2017年诱捕昆虫属21科，隐翅甲科和步甲科占主要优势，步甲科以婪步甲属为优势种;2018年诱捕昆虫属31科，蝽科、隐翅甲科、步甲科和金龟科占主要优势，蝽科以苍蝽Brachynema germarii Kolenati为优势种，金龟科以游荡蜉金龟为优势种，步甲科以婪步甲属为优势种。

3.2 重要昆虫种类的数量动态变化

2017年和2018年的6月至8月隐翅甲科和婪步甲属昆虫诱集数量较多，因隐翅甲科昆虫数量无明显季节波动变化，婪步甲属昆虫未能鉴定到种，故未统计季节波动变化。

2017年宽胫夜蛾发生2次虫量高峰期，7月25日达到最多，当晚诱捕数量为616头，诱虫百分比为22.02%;甘薯天蛾发生2次虫量高峰期，7月30日达到最多，当晚诱捕数量为300头，诱虫百分比为32.43%;2018年旋歧夜蛾发生3次虫量高峰期，8月8日达到最多，当晚诱捕量为203头，诱虫百分比为17.11%;甘薯天蛾发生1次虫量高峰期，8月21日达到最多，当晚诱捕量为238头，诱虫百分比为23.63%（图1）。

3.3 昆虫雷达监测

雷达观测结果表明，相比0°、30°和45°仰角，15°仰角下观察到的回波数量更多，一般22：00左右（日落时分）回波数量开始增多，回波数量主要集中在200～600 m的高度，至23：00左右达到高峰期，第2日凌晨02：00左右回波数量降低，直至06：00回波数量基本保持不变。2017年7月24日高空灯诱捕到大量宽胫夜蛾，诱虫百分比为36.74%，同时雷达屏幕显示大量回波点，除23：00和02：30回波数量集中在1 000 m高度外，其余时间段均主要集中在200～600 m高度，高峰期一直持续到04：00左右，回波点向东北方向移动（图2和图3）。

3.4 近地面风向风速对诱虫数量的影响

2017年风向转为偏西风（n=7，77.78%），风速为1.8～2.9 m/s，高空灯和地面灯诱虫数量显著增加（P<0.05）（图4）。2018年风向转为偏西风（n=11，45.83%），风速为1.4～2.3 m/s，高空灯和地面灯诱虫数量显著增加（P<0.05）（图5）。风速>2.9 m/s，风向转变为其他方向时诱虫数量较少。

4 讨论

本研究利用KC-08XVSD型双模式昆虫雷达对中哈边境塔城区域空中昆虫飞行特征及主要类群进行了初步研究，结果表明，7月中旬至8月初，空中飞行昆虫数量较多，迁飞时段主要集中在22：00-02：00，分析原因与该时段地表迅速散热，近地层空气变成稳定层，并自下而上逐渐形成接地逆温层，有利于昆虫迁飞有关[27-28]。研究发现，中哈边境区域内昆虫迁飞高度主要集中在200～600 m，这与草地螟、棉铃虫Helicoverpa armigera等的研究结果基本一致[11，29-30]。截至目前，解释空中昆虫聚集成层的原因主要有“逆温成层假说”（昆虫在温暖的气流中成层迁飞）和“风成层假说”（昆虫在风切变最强区域成层迁飞）[31-33]，中哈边境塔城区域空中昆虫聚集成层的原因还需进一步研究。

高空灯诱结果表明，宽胫夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾的数量具有突增突减现象，且出现日期与雷达监测回波数量高峰期一致，但与同期地面灯诱捕数量却不吻合，因此可初步判断宽胫夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾在该地区具有一定的迁飞和扩散现象。本研究监测点位于库鲁斯台草原，主要植被类型为艾属、藜科、禾本科和豆科等[34]，周边农作物有玉米、甜菜等，都是宽胫夜蛾、旋歧夜蛾和甘薯天蛾的寄主植物[24，35]，适宜上述害虫在该区域发生为害。2018年每日诱捕昆虫的平均数量为2017年的3～5倍，主要由2018年地面诱捕到大量隐翅甲科昆虫所致。2018年监测点附近牛羊放牧数量较2017年多，大量的牛羊粪便为隐翅甲科昆虫生长繁殖提供了食物来源。近地面风速风向对高空灯和地面灯诱虫数量具有较大影响，两年研究结果表明偏西风、风速在1.4～2.9 m/s时诱虫数量较多，这可能主要跟塔城区域地形条件和特定的环流形势有关[36]。塔城区域常年盛行东风或西风[36]，为害虫迁出或迁入提供有利的气象条件，本研究结果表明偏西风时迁飞昆虫数量多，因此在昆虫迁飞盛期，偏西风天气需重点监测。风速大小是影响昆虫迁飞的关键因子之一，适当的风速条件下可以诱捕到更多的昆虫数量[37]，本研究表明风速在1.4～2.9 m/s时可以诱捕到大量昆虫。

中哈边境塔城区域具有703万 hm2天然草场[38]，是多种害虫重要发生地。本研究初步明确了中哈边境塔城区域具有迁飞能力的害虫类群，并确定了其飞行参数等基本信息，为进一步建立中哈边境害虫跨境迁飞监测预警体系提供技术支持。由于本研究所用雷达在X波段工作，发射的波长3.2 cm，监测盲区在100 m以下区域，体型较小或飞行高度较低的昆虫可能没有监测到。另外，2017年和2018年，高空灯连续15 d诱捕到迁飞能力较强的群居型亚洲飞蝗，平均每日诱虫百分比为0.86%，虽未发现大规模迁飞暴发成灾事件，但表明中哈边境区域亚洲飞蝗仍具有严重发生的可能性，因此仍需加强监测预警研究及技术应用。

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（责任编辑： 田 喆）