基于松材线虫病的区域已发点与影响因素研究

杨叶盛，叶卫军，张伟龙

(1.浙江省松阳县湖溪林场，浙江 松阳 323406;2.浙江省松阳县自然资源和规划局，浙江 松阳 323406)

1 引言

松材线虫病源自北美洲，是由松材线虫所引起的危害范围较广的森林病虫害。松材线虫病是以松墨天牛等昆虫作为传播媒介。胡华锋在2022年发表的《广东河源松材线虫病防治现状、存在问题及对策》论文中指出：被感染后的松树，针叶通常呈黄褐色或红褐色，树脂停止分泌，且表现出萎蔫下垂的状态，树干中可以肉眼观察到天牛侵入口或产卵的痕迹，如不加以防治，病树会在40 d内整株干枯死亡，最终腐烂，并在3～5年侵害整片松林[1]。因此，松线虫病又称为松枯萎病，是造成我国森林资源损失最为严重的外来病害。孙薇等于2022年发表《临海市松材线虫病松林不同除治方式的群落自然演替特征》论文中得出，最早在20世纪80年代，松材线虫病就已侵袭我国香港[2]。松材线虫凭借着扩散范围广、危害程度大的特性，几乎毁灭了香港分布广泛的马尾松林。其在借助天牛媒介、线虫本身移动的自然传播途径与人为传播途径下，1982年侵入我国内陆，并以南京中山陵为起始点，相继在安徽、山东、浙江等地形成的大规模的疾病中心，并快速向四周扩散，导致大批松树枯萎死亡。经2021年秋季普查结果显示，现今我国共涉及19省742个县区5530个乡镇发生松材线虫病害，疫情发生总面积占我国松科植物面积的3%(2700万亩)，每年经济损失高达574亿元。因此，在松材线虫病仍在危害林业生态系统稳定和林业经济发展的当下，为进一步降低松材线虫病的发生概率，遏制其扩散范围，本文以松阳县湖溪林场为例，通过调研湖溪林场2021年7～9月份松材线虫病情数据，结合核平滑密度、点过程模拟等空间格局分析法，判定松材线虫病区域已发点与空间因素、气候因素之间的关系，以期为后期松材线虫病防治提供参考。

2 研究数据

2.1 研究区概况

本次研究区为松阳县湖溪林场。其地处松阳县西南角，与武义县竹客乡、遂昌县濂竹乡接壤，属中亚热带季风气候，具有四季分明，雨量充沛，冬暖春早，无霜期长的特点，年平均气温14.2～17.7 ℃，1月份平均气温6.3 ℃，7月份平均气温23.1 ℃。地形以丘陵和平原为主，中部地区较为平坦，东、南、西部多为低矮丘陵，整体地势较高。研究区域涉及该林场松材线虫病虫害的高发区，其采样分布点如图1所示[3]。

图1 研究区野外采样点空间分布

现今，湖溪林场全场林地面积15557亩，国有林地11046亩，占林地面积的71.00%。全场活立木总蓄积101333 m3，国有77028 m3，占活立木总蓄积76.01%，整体森林覆盖率达到了为97.86%，林木绿化率为97.86%。且为进一步促进林场可持续发展，除现有的红豆杉、马尾松、松木等树种外，林场陆续种植了香榧、薄壳山核桃等经济树种，其中马尾松的种植面积占比较大。同时，湖溪林场又作为松阳县区域内公益一类事业单位和森林公园，四周交通发达，人口密度也呈现逐年升高的趋势[4]。

2.2 数据来源与处理

松材线虫病虫害数据：通过结合湖溪林场的地形条件、林场互动与人口密度等多个因素，于2021年7～9月份在林场内部共设置130个20 m×20 m的野外调查样方(表1)，形成覆盖全林场松材线虫病虫害发生样点。

表1 不同因素数据样点的分布统计

气候数据：以松阳县湖溪林场为中心，选取中国气象局官网(CMA，http://www.cma.gov.cn/)所提供的0.5°×0.5°格点的气象数据用于分析，气候因素需包括2021年7～9月份的月平均温度、平均最低温度、平均最高温度，以及该地区的年总降水量[5]。

地形因素数据：不同地形形成了不同的生存环境，而松材线虫以及传播媒介松木天牛对地形环境的选择都会具有共同的指向性。本次研究选取海拔、坡度、坡向作为地形因素，从地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)中获取40m分辨率的数字高程数据，并利用ArcGIS软件的空间分析功能，构建虫害发生区域的海拔、坡度、坡向的空间分布图。

人类活动因素数据：采用距离居民点与道路距离、道路密度来表征人类活动。从国家基础地理信息中心网站(http：//www.ngcc.cn/ngcc/)获取1∶25万中国基础地理数据，并从中提取研究区域的道路数据。再从中国科学院资源环境科学数据中心(http：//www.resde.cn/)获取研究区域2021年7～9月份的土地遥感监测数据，提取居民用地作为居民点数据[6]。

植物因素数据：植物因素数据的获取主要采用实际勘察法，通过技术人员的实际调研与大数据筛选，获取所研究区域松林与混交林的空间分布，以判定植被因素对松材线虫病害发生与扩散的影响。

3 研究方法

3.1 点格局过程模拟法

点格局过程模拟法能够明确划分湖溪林场中松材线虫病害已发点空间格局(用x表示)的函数关系，其空间条件强度函数λθ(u,x)可由式(1)表示：

λθ(u,x)=exp[θTB(u)+φTC(u,x)]

(1)

式(1)中，θ和φ表示要拟合的参数；B(u)只与虫害发生的空间位置有关，表示空间趋势部分；C(u,x)与虫害发生的空间位置和空间点之间的相互作用有关，表示空间随机作用部分[7]。

(2)

式(2)中，r为空间距离尺度；|W|为观测窗口W的面积；y为点过程；I为指示函数；mij表示边界小正因子；λ(yi)λ(yj)分别为yi和yj的估计强度，根据计算数值说明虫害已发点之间是否存在相互影响的关系。

3.2 数据统计分析法

利用数据分析法评估湖溪林场松材线虫病的区域已发点与影响因素间的关系。在数据统计中，选取2021年7～9月份作为数据统计分析的窗口，评估松材线虫病虫害暴发与气候因素之间的关系，并在此基础上，利用Excel2021等软件进行图表绘制[8]。

3.3 ArcGIS软件的应用

ArcGIS软件的应用可直观看出湖溪林场松材线虫病害区的边界范围以及质心的移动。打开ArcGIS 10.2软件，点击“文件-添加数据”，添加松阳县湖溪林场行政区划图(1∶400万)为底图。再点击“文件-添加数据”，导入松阳县湖溪林场2021年7～9月份松材线虫病害的分布区域，选择“显示XY数据”，将XY字段分别与研究区域内的经纬度坐标对应，点击“确定”。并在ArcGIS软件中点击“ArcToolbox”，选择“空间统计工具-度量地理分布”，解析3个月内湖溪林场松材线虫病害区的质心(即所有病害发生区域面的中心)，做出松阳县湖溪林场松材线虫病害区域分布图以及质心移动图，帮助分析松材线虫病的区域已发点与影响因素之间的关系[9]。

4 结果分析

4.1 松阳县湖溪林场松材线虫病害的空间分布

松阳县湖溪林场松材线虫病区域已发点的空间分布图如图2、3所示。

图2 松材线虫并区域已发点空间分布次数

图3 松材线虫病区域已发点空间分布趋势

4.2 松阳县湖溪林场松材线虫病害与地形因素、人类活动和植被因素的关系

考虑到在空间因素对松材线虫病区域已发点的影响变量，逐步得出最佳拟合模型AIC值为4109.20，其AIC标准选择的模型参数与其系数如表2所示。通过采用似然比检验法获取被选入变量的P值。其中，海拔、坡度的平方、道路密度、道路密度的平方、距最近道路距离、距居民点距离、距居民点距离的平方、郁闭度的平方，以及植被类型均被选入到最佳拟合模型中(P<0.05)；海拔的平方、坡度、郁闭度虽被选入到最佳拟合模型中，但P值较大(P>0.05)；坡向、混交林未被选入最佳拟合模型中。根据表2中结果显示，海拔、坡度、距道路距离、道路密度、距居民点距离、郁闭度，以及植被类型是影响松材线虫病发生的显著因素。

从中选取区域海拔、坡度、距最近居民点距离与距最近道路距离为空间因素变量，绘制环境因素与松材线虫病害发生强度的影响关系，见图4。

表2 AIC标准选择的模型参数与其系数

图4 环境因素与松材线虫病害发生强度的关系

从图4中可以看出，第一，海拔和坡度与松材线虫病害的发生强度呈负相关，随着海拔和坡度的增加，虫害的发生强度呈逐渐下降趋势。第二，距最近居民点距离相较于其他环境因素变量对虫害发生强度的影响更为强烈，且随着距离的增加，病虫害的发生强度明显增加，当增加至1800 m左右时，虫害发生强度才逐渐递减。第三，距最近道路距离对虫害发生强度的影响并不遵循单一的变化趋势，当距最近道路距离3000 m以内时，病虫害的发生强度随着道路距离的增加而增加；当超过3000 m时，病虫害的发生强度则随着道路距离的增加而递减。

4.3 松阳县湖溪林场松材线虫病害与气候因素的关系

2021年7～9月份松阳县湖溪林场月平均温度与月降水量的变化趋势如图5所示。

图5 2021年7～9月内松阳县湖溪林场月平均温度与月降水量的变化趋势

从图5中可以看出，松阳县湖溪林场在2021年7～9月份这一时间段内，林场气温呈现阶段性上升的趋势，7～8月份气温逐渐上升，8～9月份气温则明显下降。其中，8月份的月平均温度最高，已达到了24.8 ℃，整体上升速率与下降速率较为显著；月降水量呈逐月上升的趋势；9月份达到了研究区间的最高值，月降水量为420 mm。并将2021年7～9月份内湖溪林场松材线虫病害发生面积与防治面积绘制了数据对比图，如图6所示。

从图6中可以看出，湖溪林场在7、8月份时松材线虫病的区域已发点较多，发生面积较大。通过汇总本研究中所涉及的调查数据可以得出，气候因素对松材线虫病的区域已发点影响可分为以下两个方面。一方面，从温度因素来看，该研究地区8月份的月平均温度最高，并将图3与图4数据叠加对比后可以发现，该研究地区松材线虫病害的发生面积与7、8月份的最高温度呈显著正相关。由此可见，随着温度的上升，松材线虫病害具有较高的发生概率，直接影响了林场内林业树种的健康生长。另一方面，从湿度因素来看，通过对比湖溪林场7、8、9月份的降水量数据与松材线虫病害发生面积的数据可以发现，松材线虫病的发生面积与降水量呈现负相关。由此可见，随着降雨量的增多，松材线虫病虫害发生的概率也在逐渐降低，并且温度因素对松材线虫病的区域已发点影响程度要远高于湿度因素对其影响程度。

图6 2021年7～9月份内湖溪林场松材线虫病害 发生面积与防治面积

5 结论与讨论

从研究结果可以看出，在松阳县湖溪林场中，坡度较缓(10°～20°)、海拔较低(200～300 m)、人类活动密度较大，以及松林面积较大的区域是松材线虫病虫害的频发区域，且随着降水量和湿度的下降，平均气温与日照时长的升高，松材线虫病的暴发率也有了明显升高。针对本研究而言，以上地段应是松材线虫病害控制的重点与关键区域，且随着时间的推移，松材线虫病害极有可能伴随着自然传播和人为传播的方式，从易感染地区向外扩散。因此，林场工作人员需进一步加强对病树或感染苗木的处置工作，及时切断病害传播链，阻止松材线虫病害蔓延至林场的其他区域中。

(1)从环境因素的角度分析来看，第一，地形因素对松材线虫病的发生和蔓延有着显著影响，特别是坡度较缓和海拔较低的区域都为病虫害的高发区域。主要因为地势平缓与海拔较低的地区植被资源较为丰富，且随着坡率放缓，坡面暴露于大气中的面积不断增加，为松材线虫的传播媒介松墨天牛等昆虫提供了适宜的生长环境，从而增加了松材线虫病害的发生概率。第二，根据本研究可以发现，距离道路和居民点距离、道路密度等人类活动因素也对松材线虫病害的发生和蔓延有着显著影响。通常来说，松材线虫病害的人为传播途径主要依靠受感染木材与木制包装材料的运输，从而导致运输道路两旁的松树最易感染松材线虫病害。并且随着道路密度的增加，运输强度不断加大，虫害的发生危险、蔓延危险也在不断上升。同理，距离居民点越近，人类活动行为也就更为频繁，从而增大了松材线虫病害的发生风险。第三，松林面积的大小也直接影响着松材线虫病害的危害范围。林场内大范围的松树种植虽增强了景观的连接性，但却为病虫害的传播提供了有力的植被廊道，通过病树间的不断感染，严重破坏了林场的生态环境与经济效益。

(2)从气候因素的角度分析来看，第一，温度的高低直接影响着松材线虫成长的快慢、迁入迁出时期的早晚以及种群数量的消长。本研究表明，当环境温度升高时，不但提前了松材线虫的发生期，还增加了其相应的种群代数，造成松材线虫病害的发生面积不断扩大。首先，温度通过影响松材线虫身体内酶的活性和内分泌激素的代谢，促进其生长发育速度。其次，温度也全面影响着松材线虫虫卵的发育质量，适宜的温度也可加快松材线虫雌雄虫的繁殖频率。由此可见，当气候温度越高时，松材线虫体内的代谢活动也随之增快，其所消耗的氧气也会逐渐增多。经数据调查验证发现，最适宜松材线虫生长发育的环境温度在20～40 ℃之间。第二，林场环境的湿度的大小与月降水量息息相关，而降水量可直接影响松材线虫传播媒介的迁徙能力，以及松材线虫幼虫的成活率和种群数量。经研究表明，在不同的生存环境下，松材线虫对湿度的需求均不相同，例如在干燥环境中，害虫的生长发育较为缓慢，甚至无法生存；而在水分过多的环境中，也使得一些害虫受到雨水的伤害，从而造成幼虫和成虫的死亡，导致害虫种群数量的全面下降。通过对湖溪林场松材线虫病害的实际调研可以发展，该研究区8月份的降水量与当年8月份的松材线虫病虫害发生面积呈现显著负相关。由此可知，当降水量越多时，森林环境的湿度因子越大，虫害的发生面积也就越小，当林地处于降雨量最多的9月份时，长时间的高强度降雨会直接降低松墨天牛等传播媒介的活动速率，从而缩减松材线虫病害的发生面积。

因此，为进一步降低松材线虫病害对林场生态平衡与经济的破坏。林场工作人员在防治松材线虫病害时：首先，可采用农业防治技术手段，如严格落实松树日常肥水、剪枝养护等管理措施。进一步加强对抗病害品种的培育力度，增强苗木的抗病性，实现松材线虫病的有效防治。其次，松材线虫病的防治也可从媒介昆虫松墨天牛的防控入手，通过利用生物防治技术，引入管氏肿腿蜂、日本肿腿蜂等松墨天牛的寄生天敌，有效减少松材线虫在幼虫期的数量，达到降低松材线虫病害发生概率的最终目的。并且，林场工作人员可以通过释放捕食性线虫真菌，利用其孢子萌发后侵入线虫体内的特性，达到以菌治虫的防治效果。最后，林场工作人员应从林场实际的生态情况出发，利用物理防治技术，在林间挂设专门的诱捕器，对松材线虫的传播媒介——松墨天牛进行诱捕；或在松材线虫进入羽化初期后，在林间设立活立木，达到诱导松墨天牛的防治目的。另外，在实际防控过程中，林场人员也需进一步提高对松材线虫病的理念认知，加强对人类活动密度的管控，充分考量地形、植被类型等因素，通过提高自身防控意识，增设防控手段，降低松材线虫病的发生概率，促进林场经济的持续发展。