陳燕婷，尤民生

(福建農(nóng)林大學(xué)應(yīng)用生態(tài)研究所，農(nóng)業(yè)部閩臺作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，

福建省昆蟲生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350002)

濕地松粉蚧Oracella acuta(Lobdell)Ferris，又稱為火炬松粉蚧，屬半翅目Hemiptera 蚧總科Coceoidea 粉蚧科Pseudococcidae，是一種繁殖快、危害大、防治難的外來有害生物，是我國進(jìn)境植物檢疫性害蟲(陳良昌等，2009;趙鑫和彭洪波，2009)。濕地松粉蚧是重要的林業(yè)害蟲，原產(chǎn)于美國，現(xiàn)分布于美國的東南部和南部以及中國的廣東、廣西、湖南和江西。該粉蚧為害馬尾松Pinus massoniana Lamb、濕地松P.elliottii Engelm.、火炬松P.taeda L.等松屬植物。害蟲主要集中在枝梢端部，吸取松梢汁液，導(dǎo)致新梢難以抽出、針葉難以延伸、老針葉提前枯黃脫落70%-80%，并伴隨有煤污病的爆發(fā)等，其危害雖未造成林木死亡，卻對松樹生長造成嚴(yán)重影響(徐家雄等，1992;張心結(jié)等，1997)。在廣東省嚴(yán)重受害的林分，主梢和側(cè)梢生長分別下降23.7%和25.8%，樹高年生長量減少達(dá)26.8%，材積損失率達(dá)33.5%，松樹產(chǎn)脂能力下降19.9%(張心結(jié)等，1997;任輝等，2000)。如果濕地松粉蚧繼續(xù)向北擴(kuò)散，將對馬尾松、濕地松和火炬松等松屬植物的規(guī)模發(fā)展造成嚴(yán)重威脅。

中國與美國緯度范圍和氣候條件相似，且該粉蚧的主要寄主植物在我國廣泛分布，說明我國許多省份可能是該種害蟲的潛在適生區(qū)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，貿(mào)易往來頻繁，該種害蟲向周邊地區(qū)擴(kuò)散的可能性極大。因此對當(dāng)前在我國造成嚴(yán)重危害的濕地松粉蚧的潛在危險(xiǎn)性進(jìn)行科學(xué)的分析與評價(jià)，對促進(jìn)森林資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究根據(jù)已報(bào)道的濕地松粉蚧的分布資料和生物學(xué)資料，利用CLIMEX 2.0 的地點(diǎn)比較模型、ArcGIS 軟件的插值和疊加功能對濕地松粉蚧在中國的潛在適生區(qū)作出初步預(yù)測，為制定更為科學(xué)的防控措施以及更為合理的林種和樹種結(jié)構(gòu)提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 基礎(chǔ)資料

1.1.1 已知地理分布

濕地松粉蚧原產(chǎn)于美國，目前分布于喬治亞州、弗洛里達(dá)州、北卡羅來納州、南卡羅來納州、密西西比州、弗吉尼亞州、賓夕法尼亞州、肯塔基州、馬里蘭州、路易斯安那州、德克薩斯州、密蘇里州、俄克拉荷馬州和亞利桑那州(Johnson and Lyon，1976;Clarke et al.，1992;Sun et al.，1996;Masner et al.，2004;Miller，2005)。濕地松粉蚧是1988年在廣東臺山市紅嶺濕地松種子園嫁接從美國喬治亞州引進(jìn)的無性系濕地松時傳入的(徐家雄等，1992;Sun et al.，1996)。1990年在廣東省臺山市首次被發(fā)現(xiàn)(徐家雄等，1992)，隨后在廣東省迅速擴(kuò)散蔓延(龐雄飛和湯才，1994;徐家雄等，2002)。2000年往西入侵到與廣東交界的廣西省玉林和梧州市(呂送枝，2000)。2003年向北入侵到與廣東省毗鄰的湖南郴州市宜章縣黃沙堡鄉(xiāng)，接著在湖南省迅速擴(kuò)散(陳良昌等，2009)。2005年在江西尋烏縣和定南縣發(fā)現(xiàn)濕地松粉蚧為害(贛州市森防站，2007)。

1.1.2 寄主植物

濕地松粉蚧的主要寄主為火炬松、濕地松、馬尾松、長葉松P.palustris Mill.、短葉松P.echinata Mill.和弗吉尼亞松P.virginiana Mill.(Johnson and Lyon，1976;Clarke et al.，1990)。

根據(jù)國家林業(yè)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道(王錫贊等，1988;周政賢，2001;何家慶，2012)，濕地松粉蚧寄主植物主要分布于我國廣東、廣西、福建、臺灣、海南、云南、貴州、四川、重慶、湖北、安徽、江西、浙江、安徽、江蘇、上海、河南、陜西和山東等省份(市、區(qū))。

1.1.3 氣候數(shù)據(jù)

本研究所用的CLIMEX 2.0 軟件帶有2892個全球氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)資料，其中中國氣象站點(diǎn)數(shù)為86個。通過整理并導(dǎo)入中國氣象信息中心提供的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，將CLIMEX 軟件自帶的中國氣象站點(diǎn)數(shù)增加到820個。氣象數(shù)據(jù)包括我國1980-2010年的月平均最高氣溫和平均最低氣溫、月總降雨量和月平均9∶00 和15∶00 的日空氣相對濕度等。

1.1.4 地理數(shù)據(jù)

本研究所采用的電子地圖來源于國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)(http://nfgis.Nsdi.gov.cn)下載的1∶400 萬的中國行政區(qū)劃圖。

1.2 分析工具與方法

本研究采用由澳大利亞科學(xué)與工業(yè)研究組織(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization，CRISO)開發(fā)的CLIMEX 2.0 軟件以及美國環(huán)境研究所(Environmental Systems Research Institute，ESRI)開發(fā)的ArcGIS 9.3 軟件。CLIMEX 模型是在1989年由我國農(nóng)業(yè)部植物檢疫實(shí)驗(yàn)所引進(jìn)，隨后對一系列有害生物進(jìn)行了適生性分析，為制定相關(guān)檢疫措施提供了科學(xué)依據(jù)(宋紅敏等，2004)。該軟件由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。

本研究主要根據(jù)濕地松粉蚧在美國的分布情況，采用CLIMEX 2.0 的地點(diǎn)比較模型(Compare Locations)，并結(jié)合ArcGIS 9.3 的插值功能對濕地松粉蚧的潛在地理分布進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果用生態(tài)氣候指數(shù)值(Ecological Index，EI)表示。根據(jù)濕地松粉蚧的生物學(xué)資料以及參考CLIMEX 2.0 自帶的與濕地松粉蚧在美國潛在分布相似的馬鈴薯甲蟲Leptinotarsa decemlineata(Say)參數(shù)值，設(shè)定濕地松粉蚧相應(yīng)參數(shù)的初始值，并根據(jù)濕地松粉蚧的實(shí)際分布反復(fù)調(diào)試，使得濕地松粉蚧在美國的分布和實(shí)際分布情況達(dá)到最佳的吻合，最終確認(rèn)適用于濕地松粉蚧適生性分析的CLIMEX 參數(shù)值。利用校正后的參數(shù)值計(jì)算我國820個氣象站點(diǎn)的EI 值。利用ArcGIS 9.3 空間分析模塊中的反距離權(quán)重插值功能(Inverse Distance Weighted，IDW)將預(yù)測得到的EI 值進(jìn)行插值分析，插值點(diǎn)數(shù)設(shè)為5，插值單元大小設(shè)為0.5，其他插值參數(shù)為默認(rèn)值，并對EI 值進(jìn)行分類，得到濕地松粉蚧在中國的適生區(qū)分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 CLIMEX 模型預(yù)測的參數(shù)值

CLIMEX 一共預(yù)設(shè)了42個生物學(xué)參數(shù)，本研究根據(jù)濕地松粉蚧的相關(guān)生物學(xué)數(shù)據(jù)以及實(shí)際地理分布，選用了其中的17個參數(shù)，以馬鈴薯甲蟲為模板，反復(fù)調(diào)試并確定了參數(shù)值(表1)。溫度參數(shù)DV0、DV1、DV2、DV3 和有效積溫PDD 是根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道以及濕地松粉蚧的實(shí)際發(fā)生情況進(jìn)行調(diào)試的，而濕度參數(shù)SM0、SM1、SM2、SM3 是根據(jù)該蟲在美國沿海城市以及內(nèi)陸城市的發(fā)生情況確定的。將濕度下限SM0 設(shè)為0.04，以保證濕地松粉蚧在美國亞利桑那州等干旱地區(qū)的分布，而濕地松粉蚧在弗羅里達(dá)州、喬治亞州等濕潤地區(qū)分布廣泛，因此將濕度上限SM3 設(shè)為1.50。冷脅迫指數(shù)主要依據(jù)濕地松粉蚧在美國分布的北界以及有效積溫來調(diào)試，通過調(diào)整TTCS 和THCS 調(diào)試其北界的分布，最后確定TTCS=-7.00℃，THCS=-0.0058。熱脅迫指數(shù)主要依據(jù)濕地松粉蚧在美國分布的南界，并且熱脅迫主要產(chǎn)生在美國的亞利桑那州，所以通過調(diào)整TTHS和THHS 來擬合濕地松粉蚧在亞利桑那州的分布，最后確定TTHS=35.00℃，THHS=0.00139。干濕指標(biāo)是根據(jù)濕地松粉蚧在美國分布的東西界限進(jìn)行調(diào)試，使得濕地松粉蚧在干旱的亞利桑那州分布與實(shí)際情況吻合，調(diào)試后，SMDS=0.04，HDS=-0.0625，SMWS=1.50，HWS=0.0002。

2.2 適生性等級評判標(biāo)準(zhǔn)

本研究根據(jù)濕地松粉蚧在原產(chǎn)地美國的發(fā)生情況以及EI 值，將濕地松粉蚧的適生程度劃分為四個等級，即非適生區(qū):EI=0，表示濕地松粉蚧在該地區(qū)不能發(fā)生;低度適生區(qū)(低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)):0＜EI≤14，表示該地區(qū)不太適宜濕地松粉蚧種群生長;中度適生區(qū)(中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)):14＜EI≤25，表示該地區(qū)適宜濕地松粉蚧種群生長;高度適生區(qū)(高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)):25＜EI≤100，表示該地區(qū)非常適宜濕地松粉蚧種群生長。

2.3 濕地松粉蚧在我國的潛在地理分布

基于已確定的CLIMEX 參數(shù)值以及適生性等級評判標(biāo)準(zhǔn)，分析目前氣候條件下我國820個站點(diǎn)的EI 值，得到濕地松粉蚧在我國各個站點(diǎn)的適生程度以及適生區(qū)域。經(jīng)預(yù)測，濕地松粉蚧在中國有486個潛在適生點(diǎn)(EI＞0)，占全國站點(diǎn)的59.20%。

利用ArcGIS 軟件對預(yù)測得到的EI 值進(jìn)行插值分析后得到濕地松粉蚧在我國的潛在適生區(qū)域及其適生程度(圖1)。濕地松粉蚧在我國的潛在適生范圍主要分布在3.85°N-39.90°N 之間，適生面積占全國國土總面積的38.79%，其中高度適生區(qū)、中度適生區(qū)和低度適生區(qū)分別占了全國面積的19.52%、13.17%和6.10%。

通過ArcGIS 的疊加功能將濕地松粉蚧的寄主植物分布圖和圖1 進(jìn)行疊加，進(jìn)而得到更為確切的適生區(qū)域(圖2)。結(jié)果可知，濕地松粉蚧目前主要的寄主植物所分布的省份其氣候條件均適合于濕地松粉蚧的生存，因此它們都是潛在的分布和適生區(qū)。高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包括臺灣、海南、貴州、重慶、江蘇和上海;廣東、廣西、云南、陜西、河南、安徽、湖北和河南的大部分地區(qū)以及福建南部、山東南部、湖南北部、浙江東部和四川東部。中度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包括江西省、山東北部;福建、湖南、浙江大部分地區(qū)以及安徽、湖北、云南、陜西、四川和河南的小部分地區(qū)。

表1 預(yù)測濕地松粉蚧在中國分布的CLIMEX 參數(shù)及其校正值Table 1 CLIMEX parameters and their calibrated values used for estimating the potential distribution of O.acuta in China

圖1 濕地松粉蚧在中國的氣候適生區(qū)域及適生程度Fig.1 Climate-suitable distribution areas and levels of O.acuta in China

圖2 濕地松粉蚧在中國的氣候與寄主植物適生區(qū)域及適生程度Fig.2 Climate-and host plant-suitable distribution areas and levels of O.acuta in China

2.4 模型驗(yàn)證

CLIMEX 模型擬合的濕地松粉蚧在中國的分布區(qū)包含了現(xiàn)有的分布區(qū)。進(jìn)一步利用CLIMEX 模型對濕地松粉蚧的世代發(fā)生數(shù)以及生長指數(shù)(Growth Index，GI)進(jìn)行擬合。模擬結(jié)果表明，廣東省平均發(fā)生5.2 代，在廣西省、湖南省、江西省分別平均發(fā)生4.9 代、3.6 代和3.8 代，與中國實(shí)際發(fā)生情況相符(徐家雄等，2002;陳良昌等，2009)。模擬得到的濕地松粉蚧在廣東省、廣西省、湖南省和江西省的GI 值均大致呈雙峰型，說明濕地松粉蚧在這些省份一年內(nèi)有兩個高峰期。以模擬的濕地松粉蚧在廣東省臺山市的GI 值為例，該蟲在3月和11月出現(xiàn)最大峰值(圖3)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，濕地松粉蚧在廣東發(fā)生的兩大高峰期分別為4-5月和10-11月(徐家雄等，1992;周昌清等，2003)，而預(yù)測得到的結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道有一定的差異，這可能是因?yàn)?1)松林內(nèi)的溫度一般與氣溫相差5℃左右(湯才等，2000);2)氣候變暖的因素，模擬所用氣象數(shù)據(jù)為1980-2010年的氣象，相比前人研究調(diào)查年份1994、1995年溫度有所升高，松樹春梢抽梢期提前，所以導(dǎo)致模擬結(jié)果第一個高峰提前。同時，夏季的高溫、多雨使得濕地松粉蚧的生長指數(shù)曲線降低，說明高溫、多雨對濕地松粉蚧的生長發(fā)育有一定的抑制作用，這與前人的研究結(jié)果一致(湯才和黃德超，2003;周昌清等，2003)。

圖3 CLIMEX 預(yù)測濕地松粉蚧在廣東省臺山市的周生長指數(shù)Fig.3 Weekly growth index of O.acuta in Taishan，Guangdong Province，China based on CLIMEX and local data of temperature and rainfall

黃德超(2000)利用GIS 圖像編輯和空間分析功能，預(yù)測濕地松粉蚧向北擴(kuò)散的北限為黃河，南限為南海等沿海一帶，最適生境主要在長江流域一帶。湯才等(2000)根據(jù)溫度對濕地松粉蚧成蟲產(chǎn)卵量、成蟲存活率、卵發(fā)育速率及種群繁殖力的影響，也認(rèn)為濕地松粉蚧的最適生境應(yīng)在長江流域一帶。徐家雄等(1996)結(jié)合濕地松粉蚧發(fā)育起點(diǎn)溫度、有效積溫和各地氣溫條件推測濕地松粉蚧在華南地區(qū)為年發(fā)生代數(shù)4 代區(qū)，長江以南地區(qū)為3 代區(qū)，黃河以南地區(qū)為2 代區(qū)。You et al.(2013)認(rèn)為濕地松粉蚧寄主植物在中國的分布區(qū)均為濕地松粉蚧潛在為害的區(qū)域。以上研究結(jié)果與本研究預(yù)測結(jié)果相似。然而，本研究的預(yù)測結(jié)果范圍大于章彥等(2010)運(yùn)用MaxEnt 生態(tài)位模型預(yù)測濕地松粉蚧在中國的適生范圍，筆者認(rèn)為出現(xiàn)這種差異的原因是本研究所使用的CLIMEX 氣象站點(diǎn)較多，且氣象數(shù)據(jù)更新為1980-2010年。

3 結(jié)論與討論

溫度和濕度是影響害蟲分布最為直接的限制因子。通過CLIMEX 模型預(yù)測結(jié)果與濕地松粉蚧分布情況對比得知:溫度對濕地松粉蚧的分布影響更為明顯。當(dāng)溫度低于TTCS=-7.00℃，以速度THCS=-0.0058 累積時，陜西延安(36.4°N，110.0°E)的冷脅迫達(dá)80，山西呂梁市(38.3°N，111.1°E)的冷脅迫達(dá)144，而內(nèi)蒙古呼和浩特(40.5°N，111.4°E)的冷脅迫達(dá)372。冷脅迫和緯度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(r=0.697，p=0.00)。受冷脅迫影響的北部地區(qū)基本不適宜濕地松粉蚧種群生長，可見冷脅迫限制濕地松粉蚧向北進(jìn)一步擴(kuò)散。在中國，熱脅迫(Heat Stress，HS)不是濕地松粉蚧的主要限制因子，僅限在新疆地區(qū)高溫干旱地區(qū)，如吐魯番(HS=46)、阿克蘇市(HS=5)。然而在美國，熱脅迫是濕地松粉蚧向內(nèi)陸高溫干旱地區(qū)擴(kuò)散的主要限制因子，如美國亞利桑那州尤馬Yuma(HS=100)。干脅迫(Dry Stress，DS)主要表現(xiàn)在新疆、甘肅和內(nèi)蒙古地區(qū)。濕脅迫(Wet Stress，WS)對濕地松粉蚧在中國的潛在分布范圍影響不大，該蟲在美國的主要分布區(qū)均位于沿海地帶。

氣候因素和非氣候因素(如寄主、天敵等)共同決定著生物的分布區(qū)。本研究考慮了濕地松粉蚧的寄主植物分布對其潛在分布區(qū)的影響。雖然目前其寄主植物分布于我國17個省(市、區(qū))，但這些松屬植物潛在適生范圍遠(yuǎn)大于目前的分布(王錫贊等，1988;周政賢，2001;田大倫，2005)。從研究結(jié)果可以看出，濕地松粉蚧主要寄主植物分布的省份氣候條件均適合于濕地松粉蚧的生存。其他未有濕地松粉蚧為害的省份與我國發(fā)現(xiàn)濕地松粉蚧疫情的廣東、廣西、湖南和江西相鄰近，濕地松粉蚧一旦傳入就極易定殖。因此，必須進(jìn)一步加強(qiáng)對濕地松粉蚧的檢疫和防控力度，防止其傳入和擴(kuò)散。具體措施是:

1)優(yōu)化造林項(xiàng)目?？筛鶕?jù)該蟲的潛在適生區(qū)以及傳播擴(kuò)散趨勢，對林種和樹種結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，對鄰近疫情發(fā)生區(qū)和疫情邊緣區(qū)的純松林進(jìn)行改造，提高林分自身抵御害蟲的能力。2)加強(qiáng)檢疫措施。對苗木調(diào)動、木材、木質(zhì)包裝材料以及裝載容器、運(yùn)載工具等進(jìn)行嚴(yán)格的現(xiàn)場檢疫和處理，尤其是對來自廣東省、廣西省、湖南省、江西省和美國等疫區(qū)的應(yīng)檢物。3)加強(qiáng)濕地松粉蚧的監(jiān)測。根據(jù)濕地松粉蚧在我國的潛在適生區(qū)分布情況，重點(diǎn)在中高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)所在省(市、區(qū))建立監(jiān)測點(diǎn)，定期檢查，尤其是與疫區(qū)臨近的省(市、區(qū))。4)加強(qiáng)宣傳。各級檢疫部門和檢疫工作人員應(yīng)加強(qiáng)對濕地松粉蚧防治的宣傳力度，以增強(qiáng)苗木相關(guān)部門以及苗農(nóng)對濕地松粉蚧的防范意識。

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