基于GIS的新疆小麦主要虫害适生区预测

梁双喜，刘 琦

新疆农业大学农学院农林有害生物监测与安全防控重点实验室，新疆乌鲁木齐830052

小麦是新疆主要的粮食作物之一，小麦的安全生产对新疆粮食供需平衡和区域粮食安全至关重要[1]。而小麦虫害对小麦的高产、稳产存在潜在风险。小麦虫害种类较多，其中常见且危害严重的有麦蚜虫、麦蜘蛛和麦红吸浆虫[2-4]。针对虫害发生条件的研究，是进行虫害测报的关键依据。张传海[5]通过田间虫害调查数据和气象资料来预测麦蚜虫的发生情况，提出温度是决定蚜虫流行的关键因素。宫锡鸿等[6]采用马尔可夫分析法证明了该方法可对麦蜘蛛的发生趋势进行超长期预测。夏明聪等[7]研究了郑州市麦蜘蛛的发生规律，其中麦长腿蜘蛛的适温为15℃~20℃，适宜湿度在50%以下；麦圆蜘蛛喜阴湿，适温为8℃~15℃，适宜湿度为80%以上。而麦红吸浆虫为害小麦的方式主要为幼虫吸食灌浆的小麦籽粒汁液，李建军等[8]认为麦红吸浆虫成虫只在抽穗而未杨花的麦穗上产卵，并且温度低于10℃~11℃时不产卵。袁锋等[9]研究发现温度是影响吸浆虫成虫产卵的主要气象因素，成虫最适宜活动温度为20℃~25℃，30℃以上或15℃以下成虫都不活动，10℃以下会引起成虫死亡。Jacquemin等[10]揭示了降雨是影响吸浆虫危害程度的主要因素。郁振兴等[11]结合GIS分析了新乡市麦红吸浆虫的区域分布情况，揭示了其在当地发生的空间格局，其空间分布模拟图对小麦吸浆虫防治具有指导意义。

本研究依据小麦主要害虫的发生规律和影响其发生的主要气候因素，对其在新疆发生程度和范围进行了预测，揭示其在各地区发生的区域性规律，为新疆小麦主要虫害的预测预报、精准防控、农业安全及政府决策提供理论依据。

1 数据来源和方法

1.1 数据来源

空间数据：本研究所使用的新疆地区省级、县级行政区划图均来自中国国家基础地理信息中心（http://www.ngcc.cn/ngcc/）。新疆数字高程模型（DEM）由地理空间数据云平台（http://www.gscloud.cn/）所提供的30 m空间分辨率影像，使用ENVI 5.2软件进行DEM图像预处理。

气象数据：本研究所使用气象数据由国家气象科学数据中心（http://data.cma.cn/）提供的中国地面气候资料日值数据集（V3.0），包括新疆2010—2020年的42个气象站点每年12个月的日均温、降雨量、站点经纬度和海拔等信息，利用Excel 2019进行数据整理，并导入ArcGIS软件进行后续处理分析。

1.2 方法

1.2.1 麦蚜虫适生区划区划指标：影响小麦蚜虫发生的关键因素为小麦灌浆期与乳熟期的温度、湿度。麦二叉蚜以2010—2020年间新疆各气象站点的5月中旬均温和湿度为区划指标；麦长管蚜以5月上旬的均温及湿度为区划指标[12-13]。麦二叉蚜的适宜湿度为35%~67%[12]，麦长管蚜的适宜湿度为40%~80%，两者区划温度划分标准见表1。

表1 麦蚜适生区划指标

区划方法：根据上述麦蚜虫适生区划指标，首先计算出新疆各气象站点的5月上旬、中旬的平均气温及旬平均湿度。使用基于DEM的球面模型下的普通克里格差值方法，得出新疆整个区域的气温分布图；使用反距离权重法对湿度进行插值，得到新疆地区的湿度分布图。通过栅格计算器对气温分布图和湿度分布图进行叠加分析，利用ArcGIS软件进行统计分析和区划制图。

1.2.2 麦蜘蛛适生区划区划指标：麦圆蜘蛛以2010—2020年间新疆各气象站点的4月中旬的均温及湿度作为区划指标；麦长腿蜘蛛以5月上旬均温及湿度作为区划指标。麦圆蜘蛛喜阴湿，适宜湿度为40%以上，最适湿度为70%以上[14]。麦长腿蜘蛛喜干旱，适宜湿度为60%以下[15]。两者区划温度划分标准见表2。麦蜘蛛区划方法与麦蚜虫的区划方法相同。

表2 麦蜘蛛适生区划指标

1.2.3 麦红吸浆虫适生区划区划指标：影响麦红吸浆虫发生的关键因素为冬季低温、4月降水量和5月中旬均温。根据新疆气象数据可知，新疆冬季低温均满足麦红吸浆虫的发生条件，因此本研究在对麦红吸浆虫进行区划的过程中只考虑4月降水量和5月中旬均温，其具体划分依据见表3[9]。麦红吸浆虫区划方法与麦蚜虫的区划方法相同。

表3 麦红吸浆虫适生区划指标

2 结果与分析

2.1 麦蚜虫适生区划

在新疆主要发生的麦蚜有麦长管蚜和麦二叉蚜。根据图1区划结果，表明麦二叉蚜更适合在新疆生存，其主要发生在新疆北部，而麦长管蚜适生性较低（图2）。根据麦二叉蚜的区划标准，高适生区主要包括：新疆北部、阿勒泰大部分地区、昌吉回族自治州、哈密地区中部、吐鲁番西北部、乌鲁木齐部分地区、塔城地区、伊犁地区、巴州地区北部、阿克苏地区北部、克州地区和喀什西部。此处主要为近山地区，由于夏季冷凉且有高山融雪，其温度和湿度均适宜麦二叉蚜的繁殖和越夏，容易形成虫源的累积，在气候条件适宜的年份会造成麦蚜虫大面积发生，可严重为害小麦生产，高适生区占新疆总面积13.24%。中适生区主要包括：新疆北部各地区及阿克苏地区、克州地区、喀什地区和巴州地区北部。此区域主要围绕高适生区分布，部分由高适生区虫源繁殖后迁飞到平原地区，构成中适生区的初始虫源，占新疆总面积的14.62%。低适生区主要包括和静县。一般是由周围的高适生区或中适生区经繁殖后迁入，由于温度或湿度不适宜蚜虫的繁殖和越冬或者越夏，缺少本地积累的虫源，一般不会造成严重的危害，面积占比4.13%。

图1 新疆麦二叉蚜适生区划

图2 新疆麦长管蚜适生区划

2.2 麦蜘蛛适生区划

根据区划结果，在新疆地区适合发生的麦蜘蛛有麦长腿蜘蛛和麦圆蜘蛛，其中麦长腿蜘蛛在新疆各个麦区均可发生，且其适生性强于麦圆蜘蛛（图3、4）。高适生区主要分布在阿勒泰地区、塔城地区、哈密地区西北部、昌吉州、吐鲁番北部、乌鲁木齐、伊犁地区、巴州地区北部及东南部、阿克苏地区北部、克州地区、喀什地区南部、和田地区南部，占新疆总面积30%。此处整体适生性较强，其气候环境适宜麦长腿蜘蛛的发生和繁殖，随着历年虫源的积累，极易在气候适宜年份大面积发生，对小麦生产造成严重损失。中适生区主要包括塔城地区中部、博州地区东部、阿克苏地区中部、巴州地区和哈密地区，占新疆总面积的21.22%。主要分布在干旱平原地区，该地区温度较高，而麦长腿蜘蛛对温度敏感，当温度高于20℃时，在产卵后即死亡。低适生区主要分布在吐鲁番、哈密市和巴州局部地区。该地区温度过高且湿度较低，不利于麦长腿蜘蛛的繁殖和为害麦苗，缺少虫源的累积，一般危害较轻或不会造成危害，占新疆总面积的5.75%。

图3 新疆麦长腿蜘蛛适生区划

2.3 麦红吸浆虫适生区划

根据图5区划结果，高适生区主要分布在哈密地区西部、吐鲁番东部、塔城地区东部和伊犁局部，面积占比0.8%。在小麦拔节期前后麦红吸浆虫从土壤中破茧上升，此时对土壤湿度要求较高，而新疆大部分地区4月降水较少，因此限制了麦红吸浆虫幼虫破茧上升。中适生区主要包括昌吉州、塔城地区西北部和伊犁地区局部，面积占比3.24%。对降水进行插值分析时，发现该地区降水较多，满足麦红吸浆虫破茧上升所需的土壤湿度，并且5月中旬温度较适宜，能够满足地表的麦红吸浆虫羽化产卵，导致这些地区为中适生区。低适生区：阿勒泰地区西部、塔城地区、昌吉州东部、哈密地区西部、吐鲁番东部、伊犁地区中部、巴州地区和克州地区局部，面积占比17.52%。该区域降水较少，基本满足麦红吸浆虫破茧上升所需的土壤湿度，并且温度较高，导致部分幼虫无法化蛹羽化，因此为低适生区。

图5 新疆麦红吸浆虫适生区划

3 结论

基于上述结果，新疆北部麦区更适合小麦虫害的发生。其中，麦二叉蚜和麦长腿蜘蛛是新疆主要发生的害虫，适生程度高。在某些降雨异常或者温度异常的年份可能会导致一些非适生区变为适生区，但其缺少虫卵和成虫的历年累积过程，无法造成重大危害。麦红吸浆虫高适生区较少，但轻中适生区在新疆北部面积占比达到20.76%，麦红吸浆虫具有生活隐蔽、幼虫滞育多态性的特点，当环境恶劣时麦红吸浆虫幼虫可重新潜入土壤结茧，在条件适宜时羽化，并且种群增长迅速，极易在气候适宜年份暴发成灾，对小麦安全生产存在潜在威胁。张建平[4]、胡新云[16]等研究了新疆部分地区小麦虫害发生特点，其发生趋势与本文预测结果相同，证明本研究方法可行，研究结果为新疆虫害的预测预报提供了理论依据。

随着气候变暖，小麦主要害虫发育历期缩短、种群增长、繁殖加快，危害呈加重趋势。并且由于未来气候变化使新疆区域性降水异常、容易导致小麦虫害如麦红吸浆虫的大面积发生。适生区划也会根据气候变化和害虫生态适应性而发生变化。

通过气象数据、小麦虫害发生主导因子、地理信息数据等材料，运用基于DEM气温修正插值和反距离权重法，研究了新疆小麦主要虫害的适生区划。结果表明：麦二叉蚜和麦长腿蜘蛛在新疆麦区适生程度高，主要分布在新疆北部，麦二叉蚜在低、中、高适生区面积占比分别为4.13%、14.62%、13.24%，麦长腿蜘蛛在低、中、高适生区面积占比分别为5.75%、21.22%、30.00%。麦长管蚜和麦圆蜘蛛喜阴湿，其发生繁殖对湿度要求较高，因此不适合发生在新疆，仅发生在水浇地和低湿阴凉的麦田，麦长管蚜在低、中、高适生区面积占比分别为11.26%、0.49%、1.11%，麦圆蜘蛛在低、中、高适生区面积占比分别为5.18%、17.09%、0%。麦红吸浆虫在新疆各地均有分布，但其低、中、高适生区面积占比分别为17.52%、3.24%、0.80%。在新疆小麦种植和虫害防控过程中，可根据小麦主要虫害的可发生区划结果进行调整，促进“药肥双减”、达到农业生产提质增效的目的。

图4 新疆麦圆蜘蛛适生区划