2019年-2020年昭通市草地贪夜蛾扩散时空格局

任佳昕, 王崇云, 周光信, 彭明春*, 马永翠,马 列, 刘 胜, 夏金富

(1. 云南大学生态学与地植物学研究所, 昆明 650504; 2. 云南大学资源植物研究院, 昆明 650504; 3. 昭通学院农学与生命科学学院, 昭通 657000; 4. 云南省昭通市植保植检站, 昭通 657000; 5. 云南省昭通市巧家县植保植检站, 昭通 654600)

草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda(J. E. Smith),也称秋黏虫(fall armyworm),隶属鳞翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae,原产于美洲热带及亚热带地区[1],是重大跨境迁飞性害虫。2018年5月草地贪夜蛾入侵印度[2],2018年12月入侵缅甸[3],2019年1月11日在云南境内江城县发现草地贪夜蛾入侵[4]。经鉴定入侵我国的草地贪夜蛾属“玉米型”[5]。同年4月,在云南昭通巧家县早春玉米调查,发现蒙姑镇蒙姑社区老街等地有草地贪夜蛾零星分布,确定草地贪夜蛾入侵昭通市[6]。根据昭通市各县植保植检站统计数据,截至2020年9月2日昭通市各县均发现草地贪夜蛾为害。由于该虫具有食性广、迁飞性强、繁殖能力强等生物学特性,严重危害玉米等粮食作物的生产。

昭通市位于云南省东北部,地处云南、贵州、四川三省的结合部。地势西南高、东北低,垂直差异显著。全市耕地面积61.79万hm2,其中玉米常年种植面积21万～22万hm2,占全市面积的38%～40%,种植面积大、范围广。由于地理位置独特、地形起伏巨大、山地气候复杂,因此昭通市每年都面临草地贪夜蛾北迁南回地反复为害[6],也是向周边省份扩散的重要通道[7-8]。为了认识草地贪夜蛾在山地环境的入侵时空变化特征,本文根据2019年-2020年昭通市各县植保植检站调查统计数据分析昭通市草地贪夜蛾发生规律,揭示其发生密度中心、热点区域、海拔区间等时空动态特征,以期为草地贪夜蛾的监测预警及科学防控提供科学支撑。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

本文所用的草地贪夜蛾虫情调查数据来源于云南省昭通市植保植检站,2019年-2020年在昭通市选择102个固定调查监测点,在玉米生长期每隔7 d采用平行线方式开展调查,计算有虫株率和每百株幼虫密度;使用性诱剂监测方法在玉米生长期每隔7 d记录1次成虫诱捕情况,统计成虫数量。空间分析所用的1∶400万中国行政区划图下载自中国科学院资源环境科学数据中心(http:∥www.resdc.cn/),昭通行政区划图从中国行政区划图中提取生成。

1.2 数据处理

1.2.1核密度估计法(KDE)

核密度估计即利用核函数将每个已知点关联起来进行预测的方法。其主要思想是利用核函数计算地理要素在周围邻域的密度值,拟合生成光滑的锥形表面,发现地理要素在整个空间的分布规律[9]。通过核密度法将点转化为平面,根据累计的危害程度权重生成分布连续的密度变化图,并且通过平面的离散化可知每一个网格区域内草地贪夜蛾的聚集程度[10]。

本文设置搜索半径为10 km,即每个发生点周围搜索半径之内的点共同对某一地点形成核密度,输出单元格尺寸设为100 m×100 m,得到核密度图,利用栅格计算器计算各月密度最大值,进行密度中心分析。具体计算公式如下:

其中,n为站点总数,h为设置的搜索半径,K为核密度函数,xi为独立同分布的观测值。

1.2.2格网取样

地理格网是一种统一、简单的地理空间划分和定位参照系统,依据统一规则,将地面区域按照一定经纬度或地面距离进行连续分割,并将空间不确定性控制在一定范围内,形成规则多边形,每个多边形均称为格网单元,从而构成分级、分层次的多级格网体系,实现地面空间离散化,并赋予统一编码[11]。本文利用ArcGIS 10.8创建渔网模块,生成10 km×10 km格网,再利用分区统计工具将草地贪夜蛾发生核密度图转化为规则格网数据,得到各月密度格网图(图1)。

图1 10 km网格及2019年和2020年昭通市草地贪夜蛾发生站点位置示意图Fig.1 10 km grids and occurrence sites of Spodoptera frugiperda in Zhaotong city in 2019 and 2020

1.2.3热点分析

热点分析可以获得高值或低值要素在空间上的聚集位置,并且结果具有显著的统计学意义,即不仅该点为高值,同时也被高值所包围,排除了随机因素[12]。Getis-OrdGi*指数可以很好地反映变量在局部空间区域上的冷热点分布,该模型公式为:

其中,xj是要素j的属性值,Wi，j为空间权重矩阵,相邻为1、不相邻为0,n是样本点总数。

本文利用热点分析,在格网尺度上对研究区草地贪夜蛾发生站点进行逐月冷热点统计,通过可视化的方式直观显示其时空分布的规律和聚集特征。

2 结果与分析

2.1 2019年-2020年昭通市草地贪夜蛾虫情概况

2019年统计数据表明,该虫在102.89°E～105.05°E,26.64°N～28.65°N之间有发生,分布于昭通11个县(区),56个乡镇,102个村级监测站点,根据发生程度分级指标[13],达到轻度为害站点多达89%,中度为害和重度为害的站点共有11个。2020年较2019年减少了两个乡镇,20个站点为害程度偏轻,虫口密度西部大于东部(图2)。

图2 2019年-2020年昭通市草地贪夜蛾发生数量及为害程度示意图Fig.2 Schematic diagram of occurrence quantity and damage degrees of Spodoptera frugiperda in 2019-2020

两年调查结果显示昭通市草地贪夜蛾分布海拔一般高于300 m,800～1 300 m为草地贪夜蛾的多发海拔范围,最低点位于昭通市绥江县鲢鱼村(104.13°E,28.64°N),海拔高度为360 m,海拔分布的最高点为昭通市巧家县鲁德村(103.17°E,26.66°N),海拔高度为2 320 m。

对草地贪夜蛾各月发生点分析发现,1月-3月草地贪夜蛾在巧家县零星发生,4月以后昭通草地贪夜蛾发生的北端、南端落点向北、向东移动,6月中旬可遍及整个昭通市,整体扩散路径表现为由西南向东北。

2.2 2019年-2020年昭通市草地贪夜蛾密度中心时空格局

总体来说,草地贪夜蛾密度中心分布海拔均在700 m以上,平均海拔为1 794 m。两年密度中心点海拔变化趋势总体吻合,4月密度中心海拔呈骤增趋势,5月达到第一个峰值,6月中心点海拔呈略微下降趋势,7月中心点海拔升高达到第二个峰值,8月、9月中心点海拔呈连续下降趋势(图3)。温度是影响昆虫生长发育、繁殖的重要因素,1月-4月,金沙江、牛栏江等地干热河谷光热充足,周年种植玉米等作物,草地贪夜蛾以河谷为扩散通道在低海拔地区迁飞; 5月-7月,昭通中高海拔地带的气温条件处于草地贪夜蛾适温区范围内,该时段草地贪夜蛾种群增长快,由低热河谷地带向中、高海拔带迁飞。8月以后温度降低,降水减少,草地贪夜蛾不适合在高海拔带继续生存为害。

图3 2019年-2020年昭通市草地贪夜蛾密度中心海拔变化图Fig.3 Altitude variation of density centers of Spodoptera frugiperda in Zhaotong city in 2019-2020

昭通市草地贪夜蛾各月密度中心在102.92°E～103.93°E,26.82°N～28.47°N之间由西南向东北移动。2019年密度中心均分布于巧家县,2020年除巧家县分布外,鲁甸县、昭阳区、绥江县也有分布,这说明2019年昭通草地贪夜蛾西部虫口密度大于东部,2020年发生初期西部虫口密度大,6月以后密度中心逐渐向东北移动。密度中心移速2020年大于2019年,东部的迁移进程快于西部,5月-7月移速大于其他月份,这说明5月-7月为昭通市草地贪夜蛾扩散高峰(图4)。

图4 2019年-2020年草地贪夜蛾密度中心经纬度变化图Fig.4 Longitude and latitude variation of density centers of Spodoptera frugiperda in 2019-2020

2.3 2019年-2020年昭通市草地贪夜蛾冷热点时空格局

图5 2019年昭通市草地贪夜蛾热点时空格局图Fig.5 Spatial-temporal pattern of hotspots of Spodoptera frugiperda in Zhaotong city in 2019

图6 2020年昭通市草地贪夜蛾热点时空格局图Fig.6 Spatial-temporal pattern of hotspots of Spodoptera frugiperda in Zhaotong city in 2020

总体来说,昭通草地贪夜蛾热点在空间上主要从西南到东北发生,时间上西部早于东部,热点数量呈现由西南向东北递减的趋势。空间变化上,2019年和2020年冷热点空间分布差异不大,2019年热点区域主要分布在巧家县、鲁甸县西南部、盐津县中南部,冷点区主要分布在镇雄县东部、彝良县东南部、永善县中部、昭阳县东北部;2020年冷、热点网格面积均呈下降趋势,仅有巧家县、鲁甸县西部、彝良县及大关县部分地区为热点区,冷点仅出现在盐津县、彝良县和镇雄县的极少部分地区, 各月冷热点空间分布与2019年相近。

2020年热点出现时间较2019年早,1月草地贪夜蛾热点开始在巧家县有零星分布,3月在巧家县、彝良县部分地区分布,这可能是因为这些区域周年种植玉米等作物,为草地贪夜蛾幼虫暴发提供了充足的食物来源,也为早期迁入的成虫提供了栖息地[6,14];邻近的缅甸、老挝等国家与云南省种植模式相近,大量种植鲜食玉米、甘蔗等作物,有虫源从境外迁入的风险[15];由于西南季风较弱,没有形成对草地贪夜蛾有利的迁移动力条件,因此草地贪夜蛾在本地的繁殖较强,迁飞扩散的县域数量增长慢。

4月热点区域由巧家县向沿江各县扩散。3月-4月草地贪夜蛾从缅甸起飞,主要依靠自身飞行能力通过连续多个夜晚进入云南[16],迁飞至滇东北后,草地贪夜蛾最先入侵低热河谷区,河谷地形为草地贪夜蛾大面积迁飞扩散提供了有利的地理和生态条件;昭通地区持续晴热少雨,西南季风逐渐加强,有利于草地贪夜蛾幼虫的生长及成虫的传播扩散;此外,目前已经发现草地贪夜蛾能取食玉米雄穗、果穗等部位,还为害甘蔗、小麦、生姜等作物,该时段寄主植物资源丰富,有利于草地贪夜蛾的大规模暴发。经对比发现2020年4月热点扩散程度低于2019年4月,这可能与2019年入春以后降水持续偏少,气温异常偏高,西南季风偏弱有关,气候异常导致草地贪夜蛾长时间滞留入侵地,扩散程度低[17]。2019年4月,冷点区域主要位于镇雄县、威信县,这可能由于草地贪夜蛾入侵时从高空落下,较高的山体阻隔了草地贪夜蛾的东西向迁飞,且两县远离最初的草地贪夜蛾发生地,故有地形、距离隔离的效果,形成冷点区域。

5月-6月两年热点区域空间变化差异不大,主要集中于巧家县和鲁甸县西部。这可能由于草地贪夜蛾一代迁入虫进入二代、三代,已在本地繁殖为害[17];由于该时段昭通大部分地区已经进入雨季,持续的降水不利于草地贪夜蛾的迁飞扩散,但为农作物和其他作物提供了适宜的环境条件,因此草地贪夜蛾种群滞留在当地定殖为害[18]。

7月两年热点区域仍集中于巧家县、绥江县且呈现收缩态势。2020年大关县、彝良县、永善东部出现冷点区。这可能是由于彝良县、昭阳区、寻甸县等多县发现草地贪夜蛾为害后开展了应急防控,抑制了草地贪夜蛾种群数量[18-20]。2019年8月热点主要集中在巧家中西部、鲁甸西南部、绥江县,9月热点从绥江西北部北退。2020年8月除巧家县外,绥江县、水富县也出现热点,9月热点从昭阳县、威信县退出昭通,2020年9草地贪夜蛾在昭阳县、威信县聚集。昭通地区海拔高,入秋以来气温下降,不适合草地贪夜蛾继续生存为害。

3 结论与讨论

本文分析了2019年-2020年昭通市草地贪夜蛾发生的冷热点、密度中心时空分布特征,结论如下:

1)昭通市草地贪夜蛾在102.89°E～105.05°E,26.64°N～28.65°N之间扩散,分布于昭通11个县(区),56个乡镇,102个村级监测站点,草地贪夜蛾分布的海拔范围为360～2 320 m;两年整体为害程度偏轻,将近九成的发生点为轻度为害,虫口密度西部大于东部。

2)各月密度中心点在102.92°E～103.93°E,26.82°N～28.47°N之间由西南向东北移动,2020年移动速度整体大于2019年,东部的迁移进程快于西部,5月-7月扩散速率大于其他月份;两年密度中心海拔变化趋势总体吻合,5月、7月为草地贪夜蛾向高海拔地区扩散峰值。

3)昭通市草地贪夜蛾冷热点时空分布有一定的规律性,在空间上主要从西南向东北发生,时间上西部早于东部,热点数量呈现由西南向东北递减的趋势;初步认为2019年-2020年昭通市草地贪夜蛾热点时空变化特征与气候条件、海拔高度、地形地貌、寄主植物、气流变化等多种因素有关。

昭通市是草地贪夜蛾北迁南回的过渡地区,做好监测防控工作,不仅可以保障昭通市粮食安全,对于全国防控大局也很重要,弄清昭通市草地贪夜蛾发生的时空扩散规律,是当地开展精准测报和综合防治的前提。昭通市仅在玉米上发现草地贪夜蛾取食为害,其入侵定殖首选玉米作为寄主植物[21]。

草地贪夜蛾属迁飞性害虫,其远距离迁飞无法依靠自身的迁飞能力完成,需要借助合适的气流来完成[22-23]。吴秋琳等的研究结果表明,2019年3月-4月草地贪夜蛾从缅甸起飞,主要依靠自身强大的飞行能力迁飞至我国云南,进入5月份缅甸夏季风不断加强,有利于草地贪夜蛾迁飞[24],这与本研究的结果基本吻合;姜玉英等对2019年我国草地贪夜蛾扩散区域进行了调查,发现我国草地贪夜蛾发生区域由南至北逐步扩散,虫口密度由南至北逐步递减,虫口密度西部大于东部[25];邓晓悦等研究认为云南北部是川西高原的主要虫源地之一[7],张雪艳等的研究结果表明,川西南、川南虫源主要来自云南省[8]。因此,草地贪夜蛾发生初期最先入侵昭通西部;由于入侵时间早,持续时间长,虫口密度大,因此西部草地贪夜蛾热点持续存在,密度中心点也多集中于西部;4月下旬开始由西南向东北迁飞扩散,热点也呈向东北扩散趋势;5月西南季风加强,虫口密度达到最大,适宜的生态条件使草地贪夜蛾在迁入地定殖为害;截至9月2日草地贪夜蛾在昭通市持续为害,迁出昭通后继续向北、西北扩散至四川等地。

本研究仅就昭通市草地贪夜蛾扩散的时空格局进行了个例分析,但草地贪夜蛾的迁飞动态是极其随机的事件,鉴于当地草地贪夜蛾迁飞扩散的时空格局,有必要进一步在更长的时间尺度和更大的空间尺度上进行研究,草地贪夜蛾扩散原因还应该综合考虑多种环境因子的影响。因此,下一步应该加强监测田间草地贪夜蛾虫情动态,结合理论预测结果,开展有针对性的防控,形成适宜昭通市草地贪夜蛾科学合理的防治技术,为草地贪夜蛾的精准测报和田间防治提供科学依据。