高寒草原蝗虫暴发成灾气象指标及预报方法

杨发源 2, ，颜亮东2,，赵梦凡2,，刘 洁, 4

（1. 青海省海南州气象局, 青海 海南 813099；2. 青海省气象科学研究所, 青海 西宁 810001；3. 青海省防灾减灾重点实验室,青海 西宁 810001；4. 青海省海北牧业气象试验站, 青海 海北 812000）

青海省各类天然草地面积约4 × 107hm2，占全省土地面积的56%，其中可利用草地面积3 × 107hm2，占全国可利用草地面积的15%，面积仅次于内蒙、新疆、西藏，居全国第四，是我国五大牧区之一，同时也是具有代表性的高寒草原[1]。

青海牧区平均海拔高，气候条件恶劣，大雪、霜冻、干旱等自然灾害频繁[2]，同时还受到草地蝗虫和鼠类的严重威胁。据调查统计，高寒草地蝗虫共有5 科33 属68 种[3-4]，90%以上的优势种是宽须蚁蝗(Myrmeleotettix palpalis)、 狭 翅 雏 蝗 (Chorthippus dubius)和小翅雏蝗(Altichorthippus fallax)，主要分布在青海省环湖地区的干旱半干旱、牧草盖度60%～85%、视野开阔、易于跳跃和坡度小于9°的草地上[5]，在滩地干旱半干旱和矮丘陵干旱草地生境中分布数量比例大[6-7]，喜食针茅(Stipa capillata)、嵩草(Kobresia myosuroides)、黄芪(Astragali radix)等植物。据记载，2004 年全省草地平均蝗虫总面积为1.07 × 106hm2，其中为害面积5.05 × 105hm2，而环湖地区的草地蝗虫发生面积7.57 × 105hm2，为害面积4.50 × 105hm2，占全省蝗虫为害总面积的89.07%，因此青海省环湖地区草地蝗虫是高寒草原的重灾和频发区[1]。此外，根据发生面积及为害程度，青海省尚有东部黄土高原、柴达木盆地及青南高寒草甸3 个蝗区：东部黄土高原地区草地蝗虫分布面积为2.84 × 105hm2，柴达木盆地和青南高寒草甸的草地蝗虫均为零星分布，面积分别为5.90 × 103和3.90 × 104hm2，在蝗灾暴发年份，被蝗虫啃食的鲜牧草达数亿千克，平均鲜牧草损失1 000 kg·hm−2，严重威胁着草地畜牧业的健康发展。因此，针对青海草地宽须蚁蝗、狭翅雏蝗和小翅雏蝗等主要危害蝗虫种类同时混合发生，青海省鼠虫害监测中心监测的数据为主要蝗虫混合种群密度和面积的实际情况，建立高寒草原主要蝗虫发生的混合种群密度和面积资料库，了解高寒草原主要蝗虫种类及生活史，研究蝗虫危害的发生规律和暴发成灾气象指标及预报方法[8-18]，最大程度地减轻蝗灾对草原生态造成的严重破坏[19-20]，对发展可持续畜牧业等方面具有重要意义。

1 资料来源与处理

根据蝗虫产卵、越冬、孵化、蝗蝻到成虫完成的一个世代周期中各发育期经历的时段，将一年的天气、气候资料划分为8 月-12 月和1 月-7 月两个时段，由于上一年天气、气候影响蝗虫的顺利产卵和安全越冬，当年天气、气候影响蝗虫越冬、孵化、蝗蝻到成虫各个阶段，因此蝗虫一个周期的历时分为上一年的8 月-12 月和当年的1 月-7 月，更具有明确的天气-气候-生物学意义。

2 研究内容

2.1 高寒草地蝗虫为害等级对应的气象条件适宜度及风险等级

借鉴青海省林草局和青海省农业农村厅发布的《青海省草地灭鼠治虫实施暂行办法》《青海省草地鼠虫害防治应急预案》，将高寒草地蝗虫混合种群为害密度等级划分为5 级，研究对应的气象条件适宜度及风险等级(表1)。

表1 高寒草地蝗虫为害密度等级Table 1 Classification of grasshopper infestation density in alpine grasslands

草地蝗虫为害发生面积占省、州、县面积的百分比和发生面积如表2 所列。

表2 高寒草地蝗虫为害面积等级Table 2 Classification of area affected by grasshoppers in alpine grasslands

根据有关蝗虫防治面积标准以及蝗虫灾害发生与气象条件的关系，将为害密度和为害面积耦合，进而确定蝗虫灾害发生的气象条件适宜度、预报服务风险等级(表3)。

表3 高寒草地蝗虫发生气象条件适宜度和预报风险等级Table 3 Suitability of meteorological conditions and forecast risk levels for grasshopper occurrence in alpine grasslands

2.2 高寒草原蝗虫暴发成灾气象等级划分

2.2.1 划分原则

由于青海环湖山地、盆地8 月蝗虫进入产卵期，9 月-10 月为蝗卵过渡期，11 月-翌年2 月为蝗卵的越冬期，5 月下旬-6 月中旬为蝗虫卵孵化出土至蝗蝻期，6 月下旬-7 月中旬是蝗虫危害成灾期；因此高寒草原蝗卵过渡期、越冬期和孵化出土至蝗蝻期的气象条件适宜程度，决定了蝗虫暴发成灾的风险等级，将青海草原蝗卵过渡期、越冬期和孵化出土至蝗蝻期气象适宜程度分为非常适宜、适宜、较适宜、不适宜4 个等级，作为判别高寒区草原蝗虫是否暴发成灾的气象适宜等级指标，对应蝗虫发生发展成灾的气象等级的确定，参照中国气象局《气象灾害预警信号发布与传播办法》有关方法，依据气象灾害可能造成的危害程度、紧急程度和发展态势一般划分为四级的原则，将高寒草原蝗虫暴发成灾气象等级指标划分为Ⅰ级(特别高)、Ⅱ级(高)、Ⅲ级(较高)和Ⅳ级(低)。气象风险等级划分为特别严重、严重、较重、低4 个等级对应高寒草地蝗虫为害密度和面积等级，即极重度为害级、重度为害级、中度为害级、轻度为害级。

2.2.2 高寒草原蝗虫成灾气象适宜指标

高寒草原蝗虫各自有其适宜的生活环境，有的种为广布型，分布在各种草地生境；有的种分布的地域很窄，只能生活在某种生境中，如裸岩山地、砾石河滩、盐碱湿地、沼泽草地、戈壁荒漠。但大部分种分布在以食用禾本科牧草为主的干旱或半干旱草地上。青海环湖区多数滩地、高原、谷地及矮丘陵的冷季草地往往是蝗害最严重的地区。

中国共产党十分重视少数民族干部的培养，这些少数民族领导干部也勤奋工作，为红军长征取得最后胜利立下汗马功劳。遵义会议后，军委鉴于长征途中的物资供应工作的需要，红军将领杨至成(侗族)被任命为中央革命军事委员会先遣工作团主任，负责开辟路线、发动群众、筹措给养物资等工作。杨至成在工作中，要求先遣工作团成员一定要严格执行党的民族政策，部队面对粮食缺乏问题，杨至成严格执行党的民族政策，多渠道筹粮，一个月在毛尔盖筹到粮食30多万斤，为红军通过草地立下大功。

从蝗虫灾害历年发生情况来看，不同的发育期均较适应暖干的气候环境，以相对累计降温指数ΔTd和平均气温距平 ΔT(℃)表示当年气温的偏暖(冷)状况，降水量R(mm)和降水距平百分率 ΔR(%)表示空气和土壤环境偏干(湿)状况，越冬期积雪覆盖日数S(d)表示积雪对土壤的保暖程度，计算蝗虫各生育期气候暖干状况，给出气象适宜等级指标，具体如表4 所列。

表4 高寒草原蝗虫(卵)主要发育期气象适宜等级Table 4 Meteorological suitability rates for the main growth period of grasshoppers (eggs) in alpine grasslands

2.2.3 草原蝗虫成灾气象等级指标计算方法

北方牧区草原蝗虫为害成灾风险气象等级(D)主要取决于蝗卵过渡期气象适宜指数(D1)、蝗卵越冬期气象适宜指数(D2)和蝗卵孵化出土至蝗蝻期气象适宜指数(D3)，依据这3 个时期的气象适宜指数，构建高寒草原蝗虫成灾的风险等级。计算模型：

式中：a、b、c 为权重系数，依据历史上草原蝗虫暴发年份的监测资料分析结果，征求草原部门昆虫学专家的经验，查阅文献，综合考虑后引用北方牧区草原蝗虫发生气象等级气象行业标准(QX/T631-2021) [22]中给出的系数，a、b、c 分别为0.35、0.25、0.40。草原蝗虫成灾风险指数D值在1～3。

2.2.4 高寒草原蝗虫暴发成灾气象指标

在历史上蝗灾暴发年份资料较少，难以采用技术方法确定不同等级指标的权重系数情况下，依据历史上草原蝗虫暴发年份的监测资料分析结果和草原部门昆虫学专家的经验，查阅文献，引用北方牧区草原蝗虫发生气象等级气象行业标准(QX/T 631-2021)中给出的系数，确定成灾风险气象等级，具体表5 所列。

表5 高寒草原蝗虫成灾气象风险等级Table 5 Meteorological risk level of grassland locust infestation in alpine grasslands

2.3 高寒草原蝗虫暴发成灾气象指标及预报方法验证

2.3.1 高寒草原蝗虫灾害发生情况

具有高寒草原代表性的青海省，其草原蝗虫灾害由于气候和地形的原因，主要发生在环青海湖的山地、盆地草原上，表6 是环青海湖海北州海晏、刚察及海南州兴海、同德、共和共5 个县，2007-2009年蝗虫灾害实际发生面积、危害面积和发生虫口最高密度、平均密度。根据高寒草地蝗虫为害面积等级，2009 年刚察县、兴海县为中度危害，其余年份和地区均为轻度危害；根据高寒草地蝗虫为害密度等级，2009 年刚察县、兴海县、同德县及共和县为中度危害，其余年份和地区均为轻度危害或基本不发生危害。

表6 2007-2009 年环湖地区海北、海南州原蝗虫成灾等级Table 6 Grasshopper infestation levels in the two counties of Haibei and Hainan Prefecture, Huanhu region, 2007 to 2009

2.3.2 蝗虫暴发成灾气象指标及预报方法在青海草地蝗虫危害中的验证

根据《青海草原蝗虫暴发成灾气象指标》中草原蝗虫成灾气象等级指标计算方法，计算环湖山地、盆地草原蝗虫成灾风险气象等级D值(表7)。 2007-2009 年环湖山地、盆地草原蝗虫成灾等级D值风险度与实际发生面积等级对应(表8)显示，在3 年5 县发生的15 次危害中，标准指标准确的有12 次，准确率80%，准确率较高。2007-2009 年环湖山地、盆地草原蝗虫成灾等级D值风险度与实际发生密度等级对应(表9)，在3 年5 县发生的15 次危害中，标准指标准确的有10 次，准确率67%。

表7 2007-2009 年环湖山地、盆地草原蝗虫成灾等级计算值Table 7 Index value of the grasshopper disaster grade in the grasslands in the surrounding mountains and basins from 2007 to 2009

表8 2007-2009 年环湖山地、盆地草原蝗虫成灾等级D 值风险度与实际发生面积等级对应表Table 8 Correspondence between the D-value risk degree of grasshopper infestation grade and the actual area grade of grasshopper infestation in the surrounding mountains and basins from 2007 to 2009

表9 2007-2009 年环湖山地、盆地草原蝗虫成灾等级D 值风险度与实际发生密度等级对应表Table 9 Correspondence between the D-value risk degree of grasshopper infestation grade and the actual density grade of grasshopper infestation in the surrounding mountains and basins from 2007 to 2009

3 讨论与结论

本研究通过分析青海环湖山地、盆地草原蝗虫(卵)主要发育期与气象条件的关系，借鉴《青海省草地灭鼠治虫实施暂行办法》中高寒草地蝗虫为害密度等级，研究对应的气象条件适宜度及风险等级，构建了高寒草原蝗虫暴发成灾气象风险等级指标及预报方程。目前针对青海高寒草原蝗虫暴发的气象等级指标及预报方法的研究成果较少，严应存等[3]利用青海省1995-2006 年蝗虫发生面积与相关大气环流特征量、气候资料分析了不同气候因子与蝗虫发生面积之间的关系，建立了青海省蝗虫发生面积省、州、县级多元回归预测模型。近10 年来刚察县不同年份灾情状况与气温、降水之间的关系定性分析表明，6 月-7 月的平均气温和累积降水量对当年蝗灾发生强度有较大影响[23]；本研究得出的蝗虫灾害发生发展与气象条件关系的结果与上述研究结果总体一致，与上述研究不同的是本研究首先计算了蝗虫(卵)主要发育期气象适宜等级，进而从虫害发生发展气象条件方面入手进一步构建了可以定量分析判断的高寒草原蝗虫成灾的气象风险等级预报方程。

蝗虫是草原主要生物灾害之一，对草原畜牧业和生态环境危害极大。近年来，气候变化、过牧和不合理的人为活动等导致中国草原蝗虫大面积发生，因此我国科研人员在蝗虫和蝗灾监测预测及防御中做了大量的研究工作[4]，为我国蝗虫灾害的预防提供有力科技支撑。然而由于青海独特的地理位置和地理条件，导致目前有关青海高寒草原蝗虫监测预测的研究仍多数局限在定性层面或仅用平均气温和降水作为关键影响因子[24-27]，从气温、降水与蝗虫爆发的关联性入手，进而判断气象条件对蝗虫生长发育的影响。但是随着气候变化加剧[28]，单一固定的气象条件已不能作为常规判断因子开展预报服务，本研究引入相对累计降温指数等可以衡量距平变化的关键气象因子定量判断气候变化背景下高寒草地蝗虫爆发与否，同时在蝗卵越冬期使用积雪覆盖日数作为关键水分因子，从保温、保湿两个层面划分指标，而在孵化出土至蝗蝻期则使用降水距平百分率进行分级，在蝗虫生育期划分和气象适宜条件判断上更加全面且有针对性。由于青海东部黄土高原、柴达木盆地及青南高寒草甸的蝗虫数据及相关资料较少，本研究尚未涉及3 个蝗区的蝗虫暴发成灾气象指标及预报方法，仅研究了青海省主要蝗灾发生的环湖地区草地蝗虫暴发成灾气象指标及预报方法，后期仍需广泛收集资料，加强不同蝗区的研究，以期提升预报范围和准确率。

基于上述研究，得出：1)以青海为研究对象，根据青海环湖山地、盆地草原蝗虫(卵)主要发育期与气象条件的关系，选取相对累计降温指数、平均气温距平、降水量、降水距平百分率、越冬期积雪覆盖日数等气象资料，计算高寒草原蝗虫(卵)秋季过渡期、越冬期和孵化出土至蝗蝻期不同发育阶段适宜等级，通过高寒草原蝗虫暴发成灾综合气象风险等级和综合气象风险等级阈值，划分高寒草原蝗虫暴发成灾气象风险等级。2)依据蝗卵过渡期、蝗卵越冬期、蝗卵孵化出土至蝗蝻期3 个时期的气象适宜指数，构建了高寒草原蝗虫成灾的风险等级预报方程。3)预报结果对比分析结果表明，2007-2009 年环湖山地、盆地草原蝗虫成灾等级D值风险度与实际发生面积等级预报准确率为80%，2007-2009 年环湖山地、盆地草原蝗虫成灾等级D值风险度与实际发生密度等级预报准确率为67%，平均预报准确率73%，表明选择的关键气象影响因子对高寒草原蝗虫暴发成灾具有决定作用。研究结果可为高寒草原蝗虫灾害的预报和防治提供科技支撑和决策依据。